基于矩阵式变换器电机系统仿真研究

电气传动的未来发展是电机与变频器一体化以用来减少成本，增加系统效率与可靠性。矩阵式变换器电机系统可以实现四象限运行，输入功率因数为1，没有直流环节，可运用在高温场合下，并且解决了矩阵式变换器电压传输比较低的限制。在基于矩阵式变换器矢量调制的分析上，对矩阵式变换器电机系统进行了仿真。理论研究与仿真结果表明了矩阵式变换器电机系统的可行性，解决了传统电机系统输人功率因数低、对电网有谐波污染等问题。     

矩阵式变换器驱动异步电机调速系统的非线性自抗扰控制

相对于传统的脉宽调制(PWM)型变频器,矩阵式变换器驱动异步电机调速系统具有一系列优势,如不需要直流储能元件,高输入功率因数和能量双向流通能力.但是,由于矩阵式变换器的直接变换特性,异步电机系统的调速性能易受到矩阵式变换器输入侧电压扰动的影响.本文将一种具有良好鲁棒性的非线性自抗扰控制器(ADRC)应用于矩阵式变换器驱动异步电机调速系统,设计了控制器的结构和参数,用其代替了传统的比例-积分(PI)调节器.在调速系统中,非线性自抗扰控制器对由外部扰动和模型不确定性引起的内部扰动进行估计和补偿.仿真结果表明,采用上述非线性控制器提高了调速系统在矩阵式变换器输入电压非正常工况下的抗干扰能力,并改善了异步电机的动态调速性能.     

矩阵式变换器驱动异步电机调速系统抑制输入电压扰动的研究

详细分析了输入侧电压扰动(包括瞬时电压跌落、三相不平衡等)对矩阵式变换器驱动异步电机调速系统性能的影响,包括电机电压波动和电机转速跌落.提出了一种抑制输入电压扰动的控制策略,采用空间矢量过调制技术,扩大了系统的运行范围.仿真分析和实验结果表明,提出的抑制输入电压扰动的控制策略在输入电压跌落和不平衡两种情况下,均可有效地补偿矩阵式变换器输出电压,维持电机转速的恒定.从而增强了系统的抗扰动能力,提高了系统的稳定性和适应性.     

基于开关函数的矩阵式电力变换技术

采用低频开关函数矩阵建立了矩阵式电力变换系统，仿真与实验结果表明基于该方法可方便地使矩阵式电力变换器产生幅相频连续可调的交流基波电压，而且具有类似同步电动机的输入功率因数调节能力。     

采用矩阵式变换器的双馈变速风力发电系统

根据变速风力发电原理,结合矩阵式变换器和直接转矩控制的优点,建立了基于矩阵式变换器的双馈异步发电机直接转矩控制系统。为实现矩阵式变换器输入侧功率因数为1,并使输入电流和输出电压呈现正弦波,以电磁转矩、转子磁链、矩阵式变换器输入侧电压和电流相位角的正弦值的平均值为控制量,得到矩阵式变换器的开关选择表和直接转矩控制算法。仿真结果表明,系统具有良好的调速性能,在高低速情况下都能跟随风速变化,迅速调节双馈异步发电机转速;转子磁链观测准确,能够跟随给定值;系统方案正确有效,具有较强的鲁棒性。     

基于双空间矢量矩阵变换器的永磁同步电机的闭环控制

介绍了矩阵式变换器的双空间矢量调制的工作特点,对永磁同步电机的数学模型进行阐述。在此基础上对基于矩阵变换器的永磁同步电机的双闭环控制进行了研究,建立了控制系统的MATLAB仿真模型,给出了主要仿真结果波形,仿真结果说明使用矩阵变换器对永磁同步电机进行双空间矢量闭环控制,可以很好的解决输入功率因数问题,并且可以很好的实现定子电枢电流的跟踪,系统性能良好。     

矩阵式变换器电机系统矢量控制仿真研究

在矩阵式变换器控制策略和电机矢量控制的基础上,研究了矩阵式变换器电机系统矢量控制,得出间接法是矩阵式变换器等效交-直-交结构整流环节控制、逆变环节与电机矢量控制的结合,其中整流环节为逆变环节提供了高、中、低范围可选的直流母线电压,逆变环节采用滞环电流比较法实现矢量控制;直接法实质上是直流母线电压在高电压范围时的间接法.研究了不同范围内的直流母线电压对矩阵式变换器电机系统矢量控制的影响.     

矩阵式变换器电机系统直接转矩控制新方法

在高、中、低电压矢量对矩阵式变换器电机系统直接转矩控制性能影响的基础上,提出了一种新颖的矩阵式变换器电机系统直接转矩控制方法。仿真结果表明该方法结合了高电压矢量动态性能好和中电压矢量正向转矩脉动小的优点,并减小了直接转矩控制失效引起的负向转矩脉动,是矩阵式变换器电机系统理想的控制方法。     

基于空间矢量调制的三相矩阵式变换器

介绍了空间矢量调制的双向开关矩阵式变换器的设计和实现方法。空间矢量调制采用输出线电压和输入电流矢量进行同步调节的控制策略，能实现矩阵式变换器输入输出波形为良好正弦、功率因数为1，并能确保感应电机良好工作。为了实现这种控制策略并把PWM波送到相应的开关，采用了数字信号处理(DSP)技术和通用逻辑阵列(GAL)技术。仿真和实验结果验证了这种控制策略的实际可行性。     

基于矩阵式变换器的异步电机电流滞环跟踪矢量控制

采用混合控制策略将矩阵式变换器用于驱动和控制异步电机。将矩阵式变换器等效为虚拟交-直-交变换,对其虚拟整流侧采用空间矢量调制方法,对其虚拟逆变侧则采用电流滞环跟踪矢量调制,最后通过开关译码得到矩阵变换器的9个开关管的控制信号。仿真结果验证了控制方法的可行性和有效性:调速系统具有较好的动态特性,电网输入端功率因数为1。     

矩阵变换器电机系统控制策略

针对矩阵变换器进入工业应用尚且存在的问题,提出了矩阵变换器电机系统概念。结合矩阵变换器控制方式和电机调速方式,研究了矩阵变换器电机系统控制策略,分析了矩阵变换器电机系统矢量控制和直接转矩控制。研究表明:通过选择适当的控制策略,矩阵变换器电机系统有望成为未来电气传动的主流技术。     

三电平矩阵变换器的电路拓扑与控制策略

多电平矩阵变换器(MMC)是在传统矩阵变换器(CMC)和多电平逆变器的基础上提出的一种新颖的电力变换装置,区别于以往将三电平矩阵变换器用两电平运行的调制策略,提出了三电平矩阵变换器的三电平运行调制策略,并可以推广到多电平。介绍了三电平矩阵变换器拓扑电路的生成,分析了构成拓扑电路的H桥开关单元工作状态,并详细地讨论了支路连接操作规律和开关单元操作规律。论述了基于空间矢量调制原理所产生的19个基本空间矢量及其构成的六边形空间矢量图,并提出了三电平运行时的调制策略。构建了Matlab/Simulink的三电平矩阵变换器的仿真模型,进行了仿真试验。仿真结果验证了调制策略的正确性,输出线电压形成5个电平的正弦波形,比传统的二电平矩阵变换器的输出波形更接近正弦波,谐波含量更低。     

基于超稀疏矩阵变换器的直驱风力发电系统控制研究

超稀疏矩阵变换器(Ultra-Sparse Matrix Converter, USMC)相较于双级矩阵变换器(Two-Stage Matrix Converter,TSMC)来说具有开关数量少、控制简单等优点,近年来引起广泛关注。常见的TSMC直驱风力发电系统中,其开关数量多且控制复杂,而采用USMC取代TSMC,则控制更加简单,且能量单向流通满足直驱风力发电系统的要求。针对这种情况,分析推导了USMC整流侧和逆变侧的SVPWM控制策略,给出其开关调制序列,并建立了USMC直驱风力发电系统各个部分的数学模型。最后利用Matlab/Simulink软件搭建了系统整体仿真模型。仿真结果验证了控制策略和模型的可行性,为USMC直驱风力发电系统的实现奠定了理论基础。     

特高压多端混合直流输电系统阀组计划投/退控制方法

现有的阀组投入/退出控制策略只适用于特高压两端常规直流输电系统,不能适用于特高压柔性直流输电系统,更不能适用于特高压多端混合直流输电系统。为此,以乌东德电站送电广东广西工程为背景,提出基于混合桥模块化多电平换流器的阀组计划投入/退出控制方法,并对现有常规直流阀组计划投/退控制方法进行改进。在RTDS仿真试验平台上进行硬件闭环测试,结果表明所提阀组计划投入/退出控制方法能够平稳、快速地完成特高压多端混合直流输电系统阀组的计划投/退。     

Compensation strategy of matrix converter fed induction motor drive under input voltage and load disturbances using internal model control

The Matrix Converter (MC) is well known for its diverse advantages and applications but the output characteristics are adversely affected by the input voltage disturbances because there is no energy storage elements present in the dc link. Hence the matrix converter fed drive performance is affected. In this paper, Internal Model Control (IMC) based controller which is capable of achieving perfect set point tracking and disturbance rejection is proposed for compensating the voltage disturbances and load disturbances of matrix converter fed vector controlled Induction Motor (IM) drives. Modeling of matrix converter with input voltage disturbances and parameter estimation of IMC based speed and current controllers for vector controlled induction motor drive are described in this paper. The simulation results validate the input voltage disturbance rejection and improved dynamic performance of matrix converter fed induction motor drive obtained using IMC based controller.     

混合多馈入直流系统VSC-HVDC和滤波器的无功协调控制

为了减少常规直流输电(LCC-HVDC)的滤波器投切,充分利用柔性直流输电(VSC-HVDC)的无功调节容量和其动态调节无功的优势,提出一种适用于LCC-HVDC和VSC-HVDC电气距离较近情况下的混合多馈入直流系统的无功协调控制策略.分别分析了LCC-HVDC和VSC-HVDC的无功控制原理及其控制特点,基于滤波器投切和VSC-HVDC两者的无功控制优势,设计了混合多馈入直流系统的无功协调两级控制模块,达到减少滤波器投切,抑制暂态低电压和过电压的目的.在PSCAD/EMTDC中搭建混合多馈入直流系统模型并进行仿真验证,仿真结果表明所提协调控制策略的控制效果优于VSC-HVDC采用定无功功率控制和定交流电压控制.     

基于Buck-Boost矩阵变换器的异步电机调速系统控制策略

针对以Buck-Boost矩阵变换器(BBMC)为功率变换器的异步电机调速系统,提出一种基于有限时间控制的变频调速控制方法。首先,根据异步电机的给定转速,经基于PI-IP控制的矢量控制算法获得异步电机的给定电压,并以该给定电压作为BBMC的参考输出电压。再以BBMC中电容电压与电感电流作为系统控制变量,经有限时间控制算法得到BBMC中对应功率开关的占空比。再根据该占空比对BBMC中对应功率开关实施控制,由此可在BBMC输出端获得与其参考输出一致的输出电压,从而实现异步电机实际转速对其给定转速的准确跟踪,达到对异步电机转速进行准确控制的目的。最后通过仿真和实验对上述控制方法进行了验证。     

An integrated control system for sparse matrix converter interfacing PMSG with the grid

This paper presents an integrated control system for Sparse Matrix Converter (SMC) to interface Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) based wind turbine unit with the power grid. A carrier based PWM technique is extended and adapted for the SMC. Details of the proposed switching strategy and derivations of the modulation functions for both the rectifier and inverter stages of the SMC are presented. The inverter stage is controlled to regulate the speed of the PMSG for maximum power extraction. In addition, the rectifier stage of the SMC is controlled to deliver the generated active power from the PMSG to the grid at the required power factor to satisfy the reactive power demand. Moreover, the proposed interface system is adaptively synchronized with the grid. The Multi-Output Recursive Least Square (MO-RLS) algorithm is proposed to estimate the phase angle of the grid voltage. Furthermore, active damping scheme is integrated with the proposed control system to attenuate the oscillations caused by the LC filter of the rectifier stage. Numerical simulations are conducted to investigate the effectiveness and the fast dynamic performance of the proposed control system based on MO-RLS even during the speed disturbance. The proposed interface system succeeds to control active power with the desired power factor demand and to damp the oscillations of the SMC current and voltage.     

基于谐振电抗器和磁能恢复开关的单相AC-DC变换器

将谐振电抗器和磁能恢复开关引入到单相AC-DC变换器中,设计了一种新颖的混合单相AC-DC变换器.在理论分析谐振电抗器和磁能恢复开关单独在单相功率因数校正器(PFC)应用中的优点和不足的基础上,提出了一种结合两者长处的功率因数校正方法,能够获得更高输入功率因数(PF)和更高输出直流电压.并利用仿真软件ORCAD 10.5建立了完整的单相AC-DC变换器-逆变器仿真电路,对上述3种情况进行了FFT和参数扫描等仿真分析.结果说明了所提出的方案是可行的和低成本的,能够支持较大的输出功率,可以作为变频家用电器等的前级单相AC-DC变换器.     

受端多落点级联型混合直流输电系统协调控制策略

针对受端多落点级联型混合直流输电系统发生交直流故障时,电流分配不平衡导致的功率反送、系统稳定性降低等问题开展研究,并提出改善系统稳定性的协调控制策略.该策略在发生故障时根据线路传输功率、逆变侧电网换相型换流器(LCC)输出功率以及采用定直流电压控制的模块化多电平换流器(MMC)稳态输出功率,对MMC的有功功率指令值进行调控,避免采用定直流电压控制的MMC由逆变改为整流,防止受端交流侧功率大范围转移现象的发生.同时在故障清除后仍可缓解系统恢复过程波动较大的问题,使系统能够快速平稳地恢复至额定运行状态.基于PSCAD/EMTDC建立仿真模型,仿真结果验证了所提协调控制策略可有效减小电压和功率的波动,系统在交、直流典型故障下均能实现平稳过渡,提升了受端系统的稳定性.