CRH5动车组牵引系统的多输出间接矩阵变换器的控制研究

针对CRH5动车组牵引系统AC-DC-AC变换器体积大,功率因数低、能量非双向流动等问题,文章引入多输出间接矩阵变换器(indirect matrix converter,IMC),并采用模型预测控制(model predictive control,MPC)方法实现多异步电机(induction motor,IM)控制。基于构建的CRH5动车组IMC-双IM牵引系统,建立电机定子磁链和转矩预测模型,根据输出调速性能和电网需求建立目标函数并寻优以实现动车组的高性能牵引。仿真表明在MPC方法控制下CRH5动车组牵引系统输入侧无功功率约为0,输出侧两台IM可以高性能独立调速运行。

多输出间接矩阵变换器的简化模型预测控制方法

针对多输出间接矩阵变换器(Indirect Matrix Converter,IMC)系统,本文提出了一种简化的模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)方法。首先选取双电机为变换器负载,建立电机定子磁链和电磁转矩预测模型,然后根据调速系统性能和电网需求建立目标函数,通过目标函数的寻优确定下一个采样周期的变换器开关状态,从而到达系统的多性能综合优化;该方法特别对因IMC开关状态数量多而导致的计算量巨大无法实现问题,提出简化原则,借鉴空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术中开关状态与电压矢量的对应关系,在每个开关周期中限定选择相邻电压矢量对应的开关状态,以实现在减少运算量的同时降低开关频率损耗。仿真试验结果表明在简化MPC方法控制下两台电机可在不同转速、不同负载情况下实现独立控制,且具有较好的动静态性能。

间接矩阵变换器-双异步电机调速系统的模型预测控制权重因数整定

间接矩阵变换器-双异步电机调速系统结构复杂,传统模型预测电压控制中权重因数整定困难。该文提出一种基于层次分析评估的权重因数整定方法,通过对物理量纲、双电机、网侧与电机侧统合将权重因数数量减少至1个,并引入层次分析评估法来实时调整权重因数以满足各种工况的要求,使系统在宽运行范围、多功率流模态下均具有良好的网侧电能质量与电机调速性能。通过仿真和实验证明,采用该文提出的方法,可保证在多种工况下网侧功率因数接近1,网侧电流正弦,电机定子电流畸变小、电机动态调速性能良好。而且,相比于传统的简化模型预测电压控制方法,该文所提出的方法权重因数整定简单易实现,网侧电流质量更好。

基于电流跟踪技术的三相输入多相输出矩阵式变换器控制

三相输入多相输出的矩阵式变换器具有体积小、重量轻、功率因数高、可实现能量双向流动的优点,尤其适用于多相交流电机的功率驱动控制。提出了一类基于电流跟踪控制的三相输入多相输出矩阵式变换器控制方法,可在各输出相独立控制的前提下实现三相输入、多相输出。在Matlab/Simulink环境建立了仿真模型,仿真试验结果验证了该矩阵式变换器及其控制的可行性。

基于共模电压有效值的间接矩阵变换器调制策略对比分析

间接矩阵变换器(indirect matrix converter, IMC)是一种无中间直流环节的AC-AC变换器,具有正弦输入输出特性,且功率密度大、运行效率高,在风力发电、交流传动等领域应用前景广阔;但IMC在调制运行过程中不可避免会产生共模电压,对电机造成损坏,影响系统的可靠运行。为了提升IMC运行可靠性,抑制其输出共模电压,文章以逆变级相邻四有效电压矢量调制、逆变级相邻三有效电压矢量调制、整流级相邻三有效电流矢量调制、整流级120°两有效电流矢量加零电流矢量调制和整流级加权三有效电流矢量调制共5种经典抑制IMC共模电压峰值达42.3%的调制方法为研究对象,通过对其输出共模电压有效值进行建模,考虑电压传输比对共模电压有效值的影响,量化分析共模电压有效值的变化规律,比较不同调制方法对共模电压的抑制能力。从5种调制方法的共模电压有效值对比分析结果可知,采用逆变级相邻四有效电压矢量合成的空间矢量调制方法对IMC共模电压有效值的抑制效果最佳。仿真和实验结果验证了上述理论分析结果的正确性。

零电压矢量作用时间对间接矩阵变换器输出电压共模分量与谐波分量的影响分析

矩阵变换器(matrix converter,MC)现有调制方法难以兼顾输出谐波和共模这两者特性,同时也未量化调制参数对输出特性的影响。文中基于三重傅里叶变换原理,建立调制参数零电压矢量作用时间、电压传输比与输出电压共模分量和谐波分量的映射关系,量化分析零电压矢量作用时间对共模分量和谐波分量的影响规律,为考虑零矢量作用时间对输出特性的调制方法提供理论基础和理论依据。基于零电压矢量作用时间对间接矩阵变换器(indirect matrix converter,IMC)输出特性的分析,在不同电压传输比下获得最优零电压矢量作用时间,大大降低输出低频共模分量幅值来有效抑制输出漏电流,进一步提高IMC输出性能。最后通过实验验证理论分析的正确性。

减少间接矩阵变换器共模电压的改进空间矢量调制策略

为抑制间接矩阵变换器工作时产生的共模电压,分析传统空间矢量调制下间接矩阵变换器的共模电压分布规律,并提出一种减少共模电压的改进空间矢量调制方法。该方法的核心思想在于整流级和逆变级的零矢量重组,完全不同于传统空间矢量调制。该方法一方面大幅度的降低了共模电压,另一方面降低了逆变级的开关损耗,改变了系统开关损耗分布。实验和仿真结果验证了该方法的有效性。

矩阵变换器间接空间矢量逆变级过调制策略优化设计

为克服传统多轨迹矢量加权过调制策略中输出电压误差大和谐波含量高的缺点,提出一种新的过调制策略,该策略在过调制Ⅰ区和Ⅱ区分别减小了六边形矢量和基本矢量在参考电压矢量中的权重。通过对改进前后过调制策略的输出电压基波幅值和输出电压谐波畸变率进行理论分析,得出改进后过调制策略可以获得更小的输出电压误差和谐波含量。对改进前后过调制策略用于矩阵变换器的输出性能进行仿真研究和实验验证,结果表明所提策略有效减小了输出电压期望值与实际值之间的误差和输出电压谐波含量,验证了理论分析的正确性和所提策略的可行性。

用于抑制矩阵变换器共模电压的零输出换相策略

该文对矩阵变换器的共模电压进行了分析,提出了抑制共模电压的零输出换相策略,该策略采用一个正电压、一个零电压和一个负电压实现了对矩阵变换器的控制。其输出三相线电压局部平均值为对称正弦量;电压增益可以达到了理论上的最大值;共模电压的最大瞬时值为输入相电压幅值的一半。该文对零输出换相策略、电压增益及开关动作顺序进行了详细的分析,并与双电压合成控制策略下共模电压的最大瞬时值进行了对比。最后,通过仿真验证了结论的正确性。

基于电压型换流的矩阵变换器输出电压补偿方法

分析矩阵变换器电压型两步换流过程导致的输出电压误差,着重分析开关管寄生电容对换流过程电压误差的影响,并提出一种补偿方法。指出开关管寄生电容的充放电过程会导致开关管在关断时管压降上升时间延长,在负载电流较小的情况下导致实际输出电压误差小于理论输出电压误差。给出考虑开关管寄生电容后电压型两步换流过程导致的输出电压误差的通用表达式。在考虑开关管的通态压降后给出一种对输出电压的补偿方法,该方法不仅可消除矩阵变换器各种非线性因素导致的输出电压波形畸变,并且可使期望输出电压与实际输出电压相符。开环阻感负载实验及感应电机低速运行矢量控制实验证明了补偿方法的正确性。

矩阵变换器新型间接空间矢量调制算法

对矩阵式变换器间接空间矢量调制算法进行了深入研究。采用间接空间矢量调制时,传统虚拟整流及虚拟逆变调制需对直接检测信号进行复杂坐标变换以获取相应控制量,调制过程涉及扇区判断及大量三角函数运算。本文通过三角函数解析直接检测信号关系,提出一种新型虚拟整流、虚拟逆变直接检测信号扇区判断及占空比计算方法。与传统间接空间矢量调制方法相比,该方法省去?-?坐标变换及极坐标变换、大大简化程序实现流程,提高了实时性。仿真实验验证了该方法的正确性和可行性。

间接矩阵变换器优化SVPWM及其简化的同步控制

针对间接式矩阵变换器中存在的直流母线电压波动问题,提出一种基于输入电压的空间矢量优化调制策略,用于逆变级优化。为克服传统方法在实现整流级无零矢量调制与逆变级调制策略同步控制的过程中存在的计算量大、调制波形不对称的缺陷,提出一种简化的同步控制算法,该控制算法不需要复杂浮点运算、易于实现。实验结果表明,优化调制策略和简化同步控制算法的应用可改善间接式矩阵变换器的输入输出波形质量。

基于DSP与CPLD的矩阵变换器间接SVPWM控制

文章研究了基于虚拟直流环节的间接空间矢量调制策略,分别在仿真和实验中验证了该控制策略;实验利用具有实时处理能力的DSP并结合CPLD实现4步换流,输出了正弦的交流电压和输入电流,取得了良好的效果。

基于新型空间矢量调制策略的双输出?双级矩阵变换器研究

双输出-双级矩阵变换器(dual-output two-stage matrix converter,DO-TSMC)可以实现功率双向流动,其输出端9开关逆变级可以实现2组三相交流输出以驱动2组负载,同时也具有三相输入/输出正弦、输入功率因数可调等优点。在分析该变换器拓扑及其工作原理的基础上,提出了一种按照比例系数分配各逆变级作用时间的新型空间矢量调制策略,能够灵活地调节2组逆变级的输出电压范围,可以实现相同频率和不同频率2种模式输出,推导了在该调制策略下的输入电流、直流平均电流和2组逆变级输出电压及电压传输比的表达式。仿真算例结果验证了该策略的有效性。

考虑不同调制策略的间接矩阵变换器输入电流谐波特性分析

为明确间接矩阵变换器(IMC)的输入电流谐波特性,进而抑制其输入谐波以改善网侧电能质量,利用变换器传递函数建立输入电流数学模型,确定其谐波组成,同时通过引入脉冲重心思想,综合考虑不同脉宽调制策略下脉冲幅值、宽度以及分布位置等特征,进一步分析明确输入电流谐波的主要频率成分及其含量。此外,在理论分析过程中发现了降低谐波频率成分的脉宽分布规律,即输出电压矢量脉宽比例对称分布。仿真和实验结果表明,根据所发现的脉宽比例对称分布原则,在采用双空间矢量调制(SVM)策略和两段式脉宽调制(PWM)策略时,输入电流中均主要含有输入频率的6n±1倍次谐波,而与输出频率无关。仿真和实验中测得的各次谐波含量符合理论分析结果,且随频率提高而衰减,证明了理论分析的有效性和正确性。

矩阵变换器在非对称输入情况下输出电压波形的改善

在非对称输入电压情况下 ,对基于双空间矢量调制的矩阵变换器的输出电压波形进行了分析 ,提出了利用时变调制比改善输出电压波形的方法。在牺牲一定增益和增加少量计算时间的前提下 。

基于间接矢量调制矩阵变换器建模仿真研究

矩阵变换器具有网侧功率因数和输出电压频率灵活可调、输入电流谐波低,能量双向流动,无中间直流环节等优势。文章首先分析了矩阵变换器拓扑结构、给出了矩阵变换器的交-直-交等效电路。详细的介绍了间接矢量调制技术实现过程,给出了实现过程的主要步骤,并且分析了不同步骤下关键参数的计算和选取原则。为了避免传统间接矢量调制存在两次切换以及对电流和电压波形质量造成不利影响等问题,对调制矢量占空比进行了优化配置。最后通过仿真软件对其进行仿真研究,并着重对矩阵变换器谐波进行仿真分析,结果验证了所研究的改进型间接矢量调制技术的有效性和可行性。

抑制矩阵变换器共模电压的间接调制改进方法

为了解决矩阵变换器共模电压对电机系统造成负面影响的问题,本文提出了两种改进的间接空间矢量调制方法:第1种是在矩阵变换器的高调制系数范围内,通过利用3个相邻的有效矢量来合成整流部分的参考电流;第2种是在低调制系数范围内,利用两个间隔的有效矢量和1个合适的零矢量来合成参考电流,并且这两种方法的逆变部分都不使用任何零矢量。该调制方法与传统调制方法相比,不仅将共模电压的峰值降到输入电压幅值的√3/3倍,而且还降低了逆变部分的开关损耗。通过仿真和实验证实了这两种调制方法的有效性。

基于空间矢量的三电平间接矩阵变换器简化策略研究

针对传统三电平空间矢量脉宽调制的开关矢量作用次序的选取较为复杂、算法的运算量较大等缺点,提出一种运用到三电平间接矩阵变换器上的简化空间矢量调制策略。该方法在整流级采用无零矢量的调制策略,保证输入电压功率因数达到最大。逆变级采用简化扇区的空间矢量调制,使参考电压旋转归一到第一扇区,然后进行参考电压修正和降电平处理。该调制策略与传统调制策略相比,不仅使算法运算量比原来减少,无需预先存储大量数据,还使谐波畸变率比原来降低。通过仿真对简化的空间矢量调制策略进行验证,并且搭建样机平台,用实验的方法对该策略的可行性和正确性进行验证。

间接矩阵变换器-异步电机调速系统的优化模型预测控制

在间接矩阵变换器-异步电机调速系统采用模型预测控制(MPC)时,由于开关状态有限,且控制频率固定,使得每个采样周期内的变换器输出电压矢量幅值受限,因此在电机中低速区域运行时,有限个输出电压矢量均与目标参考差异较大,从而导致网侧电流和电机定子电流波形有大量谐波,进而引起电机转矩和磁链波动。针对这一问题,提出一种优化模型预测控制方法,以网侧电流和电机磁链矢量为控制目标,在矩阵变换器的逆变级电路中插入变占空比的零矢量开关状态,通过理论分析和推导开关状态作用时间约束及品质优化函数的单调性,求取最优占空比及相应的开关状态组合,从而提高矩阵变换器在不同工况下的输入输出性能。同时,零矢量的插入可实现整流级电路中双向开关的零电流换相,以保证矩阵变换器的安全可靠运行。仿真和实验结果表明,该方法可实现矩阵变换器良好的网侧电能质量和电机优良的动静态性能,且比起传统的模型预测控制方法,该方法的网侧电流和电机电流谐波明显降低,尤其是在电机中低速运行工况下效果更好。