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宽输入电压频率三相Buck整流器不平衡控制策略研究

宽输入电压频率三相Buck整流器不平衡控制策略研究

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作者：王伟苏西南交通大学

学位级别：硕士

随着空客A380商用飞机、波音B787商用飞机、以及F-35战斗机的出现,多电飞机(More-Electric-Aircraft,MEA)已成为未来飞机的发展趋势,多电飞机谐波污染问题同时也引起了航空界的广泛关注。三相变频交流发电机具有系统结构简单、发电效率... 详细信息

随着空客A380商用飞机、波音B787商用飞机、以及F-35战斗机的出现,多电飞机(More-Electric-Aircraft,MEA)已成为未来飞机的发展趋势,多电飞机谐波污染问题同时也引起了航空界的广泛关注。三相变频交流发电机具有系统结构简单、发电效率高、体积重量小等优点,广泛应用于新型多电飞机,其输出电压频率在360Hz～800Hz范围内变化,最大频率变化可达400Hz/s。并且,在实际应用场景中可能由于负载变化、参数不对称和外界干扰等各种因素,造成发电机输出电压不平衡,从而导致整流器直流侧输出电压与输出电流产生偶数次非特征谐波,交流侧输入电流产生奇数次非特征谐波,输入电流THD增大,波形严重畸变,严重时甚至可能导致整流器损坏。三相Buck整流器因具有较宽的可调输出电压范围及良好的短路保护功能等特点,在航空供电系统中具有良好的应用前景,故研究一种适用于宽输入电压频率三相Buck整流器不平衡控制策略具有重要意义。本文以三相Buck整流器为研究对象,首先介绍了其拓扑结构以及工作原理,在此基础上研究了三相Buck整流器12扇区五段式SVPWM调制策略,根据工作模态推导了对应的矢量作用时间,介绍了几种不同的矢量分配策略及占空比产生方式,并从实际实现难易度、开关损耗大小、对输入电流质量影响等方面进行了比较。重点研究了一种宽输入电压频率三相Buck整流器不平衡控制策略。建立了三相Buck整流器等效DC/DC模型,并对等效参数进行了推导,得到了等效DC/DC模型的状态方程和其交流小信号电路模型,然后以CCM模式单相Boost PFC平均电流控制思想为基础,详细的分析了基于平均电感电流控制的三相Buck整流器恒阻输入控制策略的工作原理,根据等效DC/DC模型对电流内环及电压外环进行了设计。该控制策略在三相输入不平衡时可以显著提高交流侧输入电流质量,但其直流侧输出电压仍存在明显的二倍工频纹波。因此,论文研究了一种基于恒定导通时间(Constant On Time,COT)控制的Buck DC/DC串联补偿策略,抑制输出电压二倍工频脉动。本文研究的不平衡控制策略与输出电压纹波补策略不仅可以使三相Buck整流器获得较小的输入电流THD,而且保证了输出电压为恒定直流量。最后,对三相Buck整流器的功率器件应力进行了计算,并对交流侧LC滤波器、直流侧电感、输出电容等进行了设计,搭建了一台1000W三相Buck整流器原理样机,通过实验验证了宽输入电压频率三相Buck整流器不平衡控制策略及纹波补偿策略的正确性和可行性。

关键词：三相Buck整流器 SVPWM调制三相输入不平衡宽输入电压频率输入电流THD 纹波补偿

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矩阵式变换器的调制策略研究

矩阵式变换器的调制策略研究

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作者：刘淄航东北石油大学

学位级别：硕士

矩阵式电力变换器(英文:Matrix Converter,缩写MC)是一种交-交电力变换装置,可以实现电能的直接变换,除具备传统交-交电力变换装置的特点以外,还具有主电路结构简单、无中间大容量的储能元件、电能可以双向流通、四象限运行、输入功率... 详细信息

矩阵式电力变换器(英文:Matrix Converter,缩写MC)是一种交-交电力变换装置,可以实现电能的直接变换,除具备传统交-交电力变换装置的特点以外,还具有主电路结构简单、无中间大容量的储能元件、电能可以双向流通、四象限运行、输入功率因数连续可调节等优点。MC正是因为具备以上的优良特性,其调制策略的研究也逐渐成为了一个重要课题,已成为电力电子领域重要研究方向。MC的调制策略是其控制方法的核心部分,也是国内外学者一直以来的研究重点。由于3×3MC带不平衡负载时,并不具备良好的输出能力。因此,本文围绕矩阵变换器控制机理展开分析,对3×4MC带不平衡负载和输入电压不平衡两种工况分别进行了深入的研究。介于对3×4MC的调制策略研究较少,本文将3×3MC的调制策略成功的应用到了3×4矩阵变换器中。首先,本文分析了现有矩阵变换器的拓扑结构,并介绍了矩阵变换器的基本工作原理。研究了传统矩阵变换的传统调制策略的优缺点,为克服传统算法的不足和缺陷,采用实时检测输入输出侧的电压与电流信号,将检测的信号反馈给控制模块,并直接进行占空比计算和扇区判断的调制方式,优化了矩阵变换器的虚拟逆变级和虚拟整流级的调制策略,新型调制策略的应用,简化了占空比的计算和电压、电流扇区的判断,提高了整个系统的抗干扰能力和响应速度。其次,分析了三相输入非对称电压对矩阵变换器的输出造成的不良影响,输出电压、电流中均含有难以滤除的低频谐波成分,经典的双电压调制策略会使输入电流发生畸变,为提高矩阵变换器的输出质量,采用补偿虚拟整流侧调制系数的方法,这种控制策略是通过实时的检测获取输入侧电网电压的数据,运算出变换器的实际虚拟直流电压值,并根据其变化实时地调节整流级的调制系数,来维持输出电压和电流在正常水平。使得三相输出对称运行,降低了输出侧电流的谐波含量,矩阵变换器的输出得到明显改善。运用Matlab/Simulink搭建仿真模型,通过仿真分析验证了新型调制策略理论的正确性和实用性

关键词： 3×4矩阵变换器三相不平衡负载直接检测三相输入不平衡补偿调制系数

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