基于双dq坐标变换的模块化多电平矩阵变换器无源控制策略

模块化多电平矩阵变换器(M3C)采用双αβ坐标变换时控制结构复杂,被控变量仍为交流量,且非线性的M3C采用线性的比例积分微分(PID)控制时效果不理想。提出采用控制系统结构更简单的双dq坐标变换,将M3C控制系统中的被控量都转换为直流量,并采用非线性的无源控制(PBC)方法。基于PBC理论分析了M3C对象的无源性和稳定性,设计并推导了M3C的PBC策略。在MATLAB/Simulink上搭建了基于双dq坐标变换的M3CPBC仿真系统,模拟3种运行工况下的系统运行情况。仿真结果表明,相比于PID控制,所提PBC方法控制参数更少、响应速度更快、谐波含量更低,总体控制效果更好。

不平衡电网下双dq坐标变换的M3C微分平坦控制策略

针对目前模块化多电平矩阵变换器(M3C)研究中常用的双αβ坐标变换解耦不彻底、传统PID控制方法效果差、不平衡工况研究少等问题,在分析拓扑结构和数学模型的基础上,采用双dq坐标变换对电气量进行解耦,建立了M3C的输入输出侧数学模型,分别对电压、电流进行正负序分离,并结合微分平坦理论,推导了输入侧、输出侧的微分平坦控制(DFC),最后模拟了两种不平衡工况下的运行情况。仿真结果表明,与线性PID控制相比,非线性的微分平坦控制提高了内环电流的跟踪速度和精度,更适用于非线性的M3C系统。在电网平衡或电网出现不对称故障时,微分平坦控制下M3C系统的动态稳定性与快速性更好,电能质量更高,电流谐波含量最多可以降低1.42%,能够更有效地抑制负序电流。

不平衡负载情况下基于双序dq坐标系双级矩阵变换器的闭环控制研究

不平衡负载会引起双级矩阵变换器(TSMC)输出电压的不对称,三相不对称电压可按照对称分量法分解为3个平衡分量:正序、负序和零序分量,该文基于对各分量分别在正序、负序同步旋转坐标系(dq坐标系)下表达式的推导,分析了基于单向dq坐标系PI闭环控制存在的问题,提出了基于双序dq坐标系的闭环控制方法:采用正序和反序两组PI控制器分别对输出电压的正序分量和负序分量进行闭环反馈控制,所提方法可以控制正序分量跟随正序参考给定且稳态无静差,同时可以对负序分量进行完全控制,能有效快速抑制负载的不平衡扰动,保证了TSMC高性能的输出电压。仿真结果验证了所提方法的合理性和有效性。

基于dq稳态模型的双级矩阵变换器功率特性研究

利用三相静止坐标到同步旋转坐标的变换技术(dq变换),建立了dq坐标系上TSMC系统的稳态数学模型(dq模型),推导了TSMC电压增益、有功功率、无功功率、网侧输入功率因数角等特性的解析表达式,并利用开关模型仿真对dq模型的正确性进行了验证。在此基础上以15开关电路TSMC为例,绘制了其有功功率、无功功率、网侧输入功率因数角的特性曲线,分析了滤波参数、负载及控制变量对功率特性的影响,得出了一些有意义的结论,分析结论对于TSMC系统的设计和控制具有一定的指导意义。

瞬时无功理论变换矩阵系数推导及α-β与dq0变换关系分析

瞬时无功理论中,赤木泰文提出了α-β变换,但未能够详细地说明α-β变换变换矩阵系数的由来。由于该变换是在平面域内提出的,基于功率守恒,给出了在平面内变换矩阵系数的严格数学推导,解决了瞬时无功功率理论的系数推导问题。鉴于目前在谐波电流检测中,有两种广泛应用瞬时无功理论:α-β变换和dq0变换,谐波检测中二者哪个更具有优势,通过理论推导,找到了两种变换之间的关系。指出对于三相对称电路,二者计算得到的含有谐波与基波成分电流是大小相只差一个比例,相位超前与滞后的关系。分析对理解和应用谐波电流检测法具有重要意义。

采用dq变换研究矩阵式电源变换器

本文基于Venturini提出的输入输出变换函数,利用dq变换将矩阵式电源变换器等效成不包含开关元件的线性电路网络,运用线性系统的方法分析其性能,所得结果对研究这种电源变换器及其控制策略有一定的价值。

采用dq变换研究矩阵式电源变换器

本文基于Ｖｅｎｔｕｒｉｎｉ提出的输入输出变换函数，利用ｄｑ变换将矩阵式电源变换器等效成不包含开关元件的线性电路网络，运用线性系统的方法分析其性能，所得结果对研究这种电源变换器及其控制策略有一定的价值。

基于双dq坐标变换的M3C变换器的数学模型及控制策略研究

模块化多电平矩阵式变换器(modular multilevel matrix converter,M3C)是一种可实现直接交交功率变换的新型拓扑,在未来高电压大功率异步混联系统中有着广阔的应用前景,因而对其数学模型及控制策略的研究具有十分重要的意义。论文通过对M3C换流系统的3个子换流器分别进行αβ0坐标变换,发现对称运行时桥臂中的非零序分量只与输入侧电气量有关,而桥臂中的零序分量只与输出侧电气量有关。基于此结论,论文首次提出了对M3C桥臂中电压、电流的非零序分量和零序分量分别进行输入频率、输出频率的dq旋转坐标变换,推导出了基于双dq坐标变换的M3C数学模型。该模型实现了系统输入输出两种交流频率分量的解耦,并将所有的交流电气量转换为直流量。在此基础上,论文提出了相应的矢量控制方案,该方案中所有的被控量在稳态时都是直流量,物理概念清晰,控制结构简单,比以往文献在αβ0坐标系下的控制方案更易实现控制的无静差特性。最后论文在Matlab平台上搭建了M3C换流系统模型并采用文中的控制方案进行仿真研究,仿真结果验证了所提数学模型的正确性和控制策略的优越性。

一种确定两相感应电动机电感的方法及其dq变换

从磁场中的位能定义出发 ,经理论分析推导出了两相感应电动机的电感矩阵并将其进行变换 ,目的是为得到简化的电感阵模型 ,利用控制直流电机的思维模式 。

矩阵整流器功率特性研究

首先利用电路dq转换技术,基于电流空间相量算法推导了一种三相AC-DC MC,即矩阵整流器系统的完整dq变换模型,在此基础上进行了较为系统和全面的性能分析,包括功率特性分析,如电压利用率、输出电压极性、输入功率因数、有功功率、无功功率以及视在功率等性能指标,并绘制成图加以比较分析,便于对该变换器性能的认识。分析认为,该变换器是一种柔性的四象限三相AC-DC变换器,其特征为:①输出直流电压在负的最大值到正的最大值之间连续可调,最大值为输入相电压幅值的1．5倍,并依赖于输入电流位移和负载电阻;②功率开关电路部分等效成一个理想的变压器,能够调压和调流,同时能够进行前后级阻抗变换;③输入端有功功率、无功功率和输入功率因数都与输入电流调制度、输入滤波器参数、输入电流位移和负载电阻大小有关;④无功功率的调节能力依赖于有功功率的调节。还分析了单位输入功率因数的运行条件,划分了矩阵整流器四象限工作制及功率特性。

矩阵整流器输入与输出滤波器特性的研究

矩阵整流器是一种真正的降压型四象限AC-DC变换器,可以用在各种三相电压供电的直流电源领域。鉴于矩阵整流器采用波形高频合成原理实现输入电压-输出电压的变换和输出电流-输入电流的变换,并非纯硅变换器,输入LC滤波器与输出LC滤波器的设计至关重要,并决定着整流器系统的功能、性能和可靠性。在理论分析矩阵整流器与电流源PWM整流器具有共同变换本质的基础上,采用电路DQ转换方法,建立输入LC滤波器-矩阵整流器-输出LC滤波器系统的DC等效电路,重点分析了DC特性高低对滤波器参数设计要求,进而给出设计原则和参数选择公式,并进行实验验证。

考虑负序补偿的角型链式SVG指令电流提取方法

角型链式静止无功发生器(static var generator,SVG)理论上能够进行负序、无功和谐波电流的综合补偿。针对角型补偿器指令电流提取的难题,通过对补偿电路相量图进行几何分析,根据瞬时无功功率理论,推导出dq/变换矩阵。三相电流瞬时值经abc/dq变换、滤波,得到两相旋转坐标系下的负序有功电流分量和负序无功电流分量;再经dq/变换矩阵,可得到角型链式SVG负序补偿所需的相电流指令信号。该变换矩阵可应用于负序补偿系统,也可应用于负序、无功和谐波电流综合补偿系统。所提指令电流提取方法物理意义清晰,算法简单;采用电流瞬时值进行运算,负荷变化时,可实时更新指令电流,动态调节速度快。最后,通过PSIM仿真验证了所提方法的正确性。

基于负荷不平衡下级联STATCOM控制策略的研究

通过理论推导和仿真建模,研发的结构为三角形接法的(STATCOM)静止无功补偿器能对电力系统中存在的谐波分量、无功和负序分量进行综合补偿。首先,建立三角形接法STATCOM结构的模型,结合无功瞬时理论,将dq/Δ变换矩阵推导出abc/dq转换三相负荷电流,经滤波环节,可得到存在于两相旋转坐标系下的负序分量;再经过一次dq/Δ变换矩阵变换,就能得到相电流指令。三角形接法STATCOM不仅能在电力系统存在负序分量中进行补偿,还能对存在无功、谐波分量的电力系统中发挥补偿作用。该算法易实现,可运用面广泛,运用三相负荷电流进行运算推导出相电流指令,无论负荷如何变换,都可实现在线监测功能。