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系统仿真学报 2023年

作者：邓文浪吴明海谢海鹏胡英杰湘潭大学自动化与电子信息学院

ac-dc矩阵变换器是一种双向变换器，具有降压式整流和升压式逆变的特点，其应用场景通常为连接到电网电压不平衡的低压配电网络。这会导致输出有功功率出现不必要的纹波，纹波频率为基波电网频率的两倍。现有ac-dc矩阵变换器的模型预测... 详细信息

ac-dc矩阵变换器是一种双向变换器，具有降压式整流和升压式逆变的特点，其应用场景通常为连接到电网电压不平衡的低压配电网络。这会导致输出有功功率出现不必要的纹波，纹波频率为基波电网频率的两倍。现有ac-dc矩阵变换器的模型预测控制研究主要集中在离散型模型预测控制(MPC)，其开关频率不固定，需要额外的阻尼程序，以抑制谐振。针对不平衡电网提出一种新型模型预测控制，其具有固定的开关频率，改善了电能质量。根据电网电流相位角选择有效矢量，不会产生评估价值函数的计算负担。提出了一种二阶扩展复数卡尔曼滤波器，用于提取电网电压的对称分量。这使得新型模型预测控制能够应用于不平衡电网系统中。仿真结果验证了该控制策略的有效性。

关键词： ac-dc矩阵变换器模型预测控制卡尔曼滤波器不平衡电网对称分量

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一种面向储能系统的双向隔离型ac-dc矩阵变换器控制策略

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电工电能新技术 2023年第7期42卷 59-67页

作者：梅杨慕月清赵英鹏北京市变频技术工程技术研究中心北方工业大学北京100144

为了满足网侧高电能质量以及储能元件安全可靠和长使用寿命的需求,本文针对双向隔离型ac-dc矩阵变换器提出了一套系统的控制策略,包括对系统的双闭环控制和变换器的后级单重移相调制方法。其中双闭环控制包含网侧电流内环控制和直流侧... 详细信息

为了满足网侧高电能质量以及储能元件安全可靠和长使用寿命的需求,本文针对双向隔离型ac-dc矩阵变换器提出了一套系统的控制策略,包括对系统的双闭环控制和变换器的后级单重移相调制方法。其中双闭环控制包含网侧电流内环控制和直流侧电流外环控制,调制方法中保持前后级电路间协调同步,前级电路采用双线电压调制方式,后级电路采用等比例移相调制方式。仿真和实验结果显示,变换器的网侧功率因数可达0.99,直流侧电压纹波在0.15%以内。直流侧电流指令突变时,电流跟踪速度快且无超调。因此,采用所提出的控制策略可以保证网侧电能质量高、直流侧具有良好的动静态特性。

关键词：储能系统 ac-dc矩阵变换器控制策略移相调制

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ac-dc矩阵变换器空间矢量优化调制模式研究

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中国电机工程学报 2012年第33期32卷 7-14,169页

作者：冯波林桦王兴伟安星强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074

为减小输出电感电流纹波和窄脉冲,对ac-dc矩阵变换器空间矢量调制模式的优化进行深入研究。根据ac-dc矩阵变换器原理及工作模式得到输出电感电流纹波表达式及特性,分析7种调制模式零矢量与电流纹波最大幅值的关系,提出减小电流纹波的零... 详细信息

为减小输出电感电流纹波和窄脉冲,对ac-dc矩阵变换器空间矢量调制模式的优化进行深入研究。根据ac-dc矩阵变换器原理及工作模式得到输出电感电流纹波表达式及特性,分析7种调制模式零矢量与电流纹波最大幅值的关系,提出减小电流纹波的零矢量优化方法;考虑换流过程,分析不同调制模式窄脉冲条件和几率;为减小电感电流纹波和窄脉冲,提出一种分段优化调制模式,以实现输出电压全范围调节,改善输入输出波形质量。仿真和实验验证了本文的结论,表明了提出的优化调制策略的正确性。

关键词： ac-dc矩阵变换器空间矢量调制电感电流纹波窄脉冲调制模式

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ac-dc矩阵变换器共模抑制及其控制策略研究

AC-DC矩阵变换器共模抑制及其控制策略研究

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作者：胡望广东工业大学

学位级别：硕士

ac-dc矩阵变换器作为一种新型“绿色”交流-直流电力变换装置,由于具有可控功率因数,正弦输入电流,不需要大容量大体积的储能元件等优良特性,非常适合应用在航空航天、船舶等对可靠性和功率密度要求较高的场合,从而使其近年来逐渐成为... 详细信息

ac-dc矩阵变换器作为一种新型“绿色”交流-直流电力变换装置,由于具有可控功率因数,正弦输入电流,不需要大容量大体积的储能元件等优良特性,非常适合应用在航空航天、船舶等对可靠性和功率密度要求较高的场合,从而使其近年来逐渐成为了电力电子领域的研究热点。然而,ac-dc矩阵变换器过大的共模电压将严重损害系统漏电保护设备,且双向开关管中过多的功率器件对变换器容错能力要求更高,同时无中间储能元件使得变换器对外部扰动更加敏感。本文因此选取ac-dc矩阵变换器为研究对象,针对变换器共模电压高、容错性能差、抗扰性低等因素所引起的系统安全问题,结合电流空间矢量调制,对变换器本身的拓扑结构、调制算法和控制策略三个方面进行了深入地研究和分析。首先,介绍了ac-dc矩阵变换器拓扑结构的演化过程,详细阐述了空间矢量调制模式及其相应的矢量合成原理,深入研究了共模电压产生机理。针对变换器在零矢量作用时共模电压最大,提出了一种带双向续流回路的三相七开关ac-dc矩阵变换器拓扑结构,该拓扑结构利用外置续流回路等效构造虚拟零矢量,相比于采用两对称有效矢量替换零矢量的传统共模抑制方法,改进共模抑制方法不仅有效地抑制了共模电压,减小了开关次数,降低了开关损耗,而且能够实现安全换流,输入输出波形质量良好。其次,详细分析了ac-dc矩阵变换器在某一双向开关管故障下的运行模式和矢量合成情况,并推导出故障状态下变换器波形畸变的主要原因是由于某些扇区内的合成矢量无法出现或者是出现出错,接着从矢量替换的角度分别设计了基于冗余相、冗余臂和反向电路的冗余I型、II型和III型ac-dc矩阵变换器容错控制系统,实现了变换器在单管故障下消失矢量的重新出现,使得变换器能够恢复正常运行,具有良好的故障容错能力。然后,研究了滑模控制策略在ac-dc矩阵变换器中的应用。首先基于电流空间矢量调制对变换器进行了数学建模,在此基础上详细分析了变换器的系统特性,并推导出了变换器的传统滑模控制模型。为抑制滑模抖振,提高系统的全局鲁棒性,本文采用光滑连续的双曲正切函数替换不连续的符号函数,提出了一种基于双曲正切函数的全局滑模控制策略,并对输入功率因数进行了滑模补偿。接着对比分析了所提滑模控制策略与传统滑模控制策略之间的抖振抑制情况以及动态响应速度,结果表明本文所提滑模控制策略在保证了网侧为单位功率因数的情况下,不仅具有全局鲁棒性,而且有效地降低了滑模抖振,提高了输入输出波形质量。最后,在MATLAB/Simulink平台上建立了仿真模型,并采用DSP+FPGA搭建了相应的实验样机,通过仿真和实验验证了上述方法的正确性和有效性。此外希望在上述工作基础上,本文的研究成果能够解决一些阻碍ac-dc矩阵变换器发展的因素,为以后ac-dc矩阵变换器进入实际应用提供一定的技术支持。

关键词： ac-dc矩阵变换器空间矢量调制共模电压抑制容错控制滑模控制

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双向隔离型ac-dc矩阵变换器控制策略研究

双向隔离型AC-DC矩阵变换器控制策略研究

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作者：刘子毓北方工业大学

学位级别：硕士

双向隔离型ac-dc矩阵变换器,既具有能量双向流动、输入输出电气隔离,功率密度高等优点,在储能系统中具有巨大的应用前景。但由于其结构复杂、器件数量众多且前后级电路耦合,使得其控制复杂,很难同时满足电网和负载的要求。对此,本文深... 详细信息

双向隔离型ac-dc矩阵变换器,既具有能量双向流动、输入输出电气隔离,功率密度高等优点,在储能系统中具有巨大的应用前景。但由于其结构复杂、器件数量众多且前后级电路耦合,使得其控制复杂,很难同时满足电网和负载的要求。对此,本文深入研究了双向隔离型ac-dc矩阵变换器的工作原理,提出两种新的协调控制策略。首先提出了一种后级单重移相控制策略,前级3-1矩阵变换电路采用双电压合成调制策略,后级全桥电路采用单重移相控制,为了对前后级进行协调,要保证前后两级输出电压分段同步。本文分析了在该控制策略下电感电流和网侧电流对应关系,据此推导得到脉冲宽度的表达式。后级单重移相控制策略能实现单位功率因数,且这种策略下变换器网侧电流谐波含量较低,具有良好的输入输出特性。然后提出了一种前级单重移相控制策略,前级3-1矩阵变换电路采用移相控制,后级全桥电路采用互补控制,并配合前级调节脉冲宽度,进行分段等比例协调控制。本文分析了前级单重移相控制策略下电感电流和网侧电流对应关系,并给出了脉冲宽度的计算方法。前级单重移相控制策略也能实现单位功率因数,和较好的输入输出特性。为了得到两种方法的适用范围和优缺点,本文从理论上分析了两种方法在不同工况下,电感电流峰峰值和电流应力的变化趋势。在仿真和实验中多次改变工况,得出在不同控制方法下电感电流峰峰值的变化趋势和最小电感电流峰峰值对应的工况,进而得出两种单重移相控制策略的适用范围。最后,仿真和实验结果表明,这两种控制策略都能协调前后级电路,实现能量的双向流动,保证网侧电流平衡正弦且谐波含量少,网侧电流与电网电压同相位,能够得到稳定的直流侧电压和电流,证明了这两种方法的正确性和有效性。

关键词： ac-dc矩阵变换器移相控制控制策略性能分析

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AD-dc矩阵变换器及其应用研究

AD-DC矩阵变换器及其应用研究

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作者：高山天津科技大学

学位级别：硕士

ac-dc矩阵变换器是一种性能优良的新型“绿色”可控整流电源,以其先进的拓扑结构,具有输入输出波形理想、输入功率因数可控、能量再生、无需大容量储能元件等普通交.直变换器所不具备的特性,近年来一直是研究的热点。本文介绍了... 详细信息

ac-dc矩阵变换器是一种性能优良的新型“绿色”可控整流电源,以其先进的拓扑结构,具有输入输出波形理想、输入功率因数可控、能量再生、无需大容量储能元件等普通交.直变换器所不具备的特性,近年来一直是研究的热点。本文介绍了一种包含高频隔离变压器结构的新型ac-dc矩阵变换器,从ac-dc矩阵变换器的拓扑结构出发,采用空间矢量调制与四步半软换流相结合的控制策略,针对矩阵变换器控制技术中的调制原理和换流方式两个主要问题进行理论分析推导,得出变换器的交-交与交-直部分的开关函数。借助MATLAB软件搭建了ac-dc矩阵变换器的仿真模型,对阻感负载条件下ac-dc矩阵变换器的输入、输出工作特性进行了仿真分析。实验结果表明,变换器输出电压可正可负,且幅值独立可调;输入相电流为正弦波,输入功率因数可为1,展现出优良的工作特性。针对普通直流脉宽调速系统能量不能双向传递的不足,提出了以ac-dc矩阵变换器作为功率变换主电路的直流调速系统控制方案,并建立了基于矩阵变换器的双闭环直流可逆调速系统仿真模型。仿真结果表明,系统运行稳定,动、静态性能优良,实现了直流电机的四象限可逆运行,验证了系统设计方案的可行性,为ac-dc矩阵变换器在直流调速领域的应用提供了理论基础。最后本文以DSP芯片TMS320F2812作为控制核心,对基于ac-dc矩阵变换器的直流可逆调速系统总体控制方案进行了设计。

关键词： ac-dc矩阵变换器空间矢量调制 DSP 直流调速系统仿真换流

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