抑制矩阵变换器输入非正常影响及改善电压传输比策略研究

摘要

矩阵变换器拓扑结构中不含直流储能元件,输入侧与输出侧直接相连,是该变换器的优点之一,但也会导致变换器抑制输入电压非正常的能力降低；同时矩阵变换器存在电压传输比偏低的问题,难以满足实际传动系统需要。本文就非正常工况对矩阵变换器输出性能的影响和电压传输比低两个问题进行研究。本文论述了三相交-交矩阵变换器的基本原理和双空间矢量调制算法,并对变换器输入侧电压处于非正常工况(输入电压不平衡、非正弦以及突变)时矩阵变换器的输出性能进行了研究,采用前馈补偿算法对非正常工况造成的影响进行了补偿,并对补偿的效果进行了理论分析和仿真验证,结果表明补偿算法是有效的。综合考虑到矩阵变换器电压传输比偏低和输入电压非正常对输出电压的影响,对虚拟不可控整流矩阵变换器的虚拟逆变级调制策略进行了改进,并采用前馈补偿策略,不仅使矩阵变换器在线性范围内的电压传输比提高到0.95,同时有效地抑制了虚拟直流母线上的低次电压谐波分量和非正常输入对输出电压的影响。论文选用了一种在矩阵变换器拓扑电路中加入高频变换器解决电压传输比低的方案,在该拓扑中采用了空间矢量调制策略与前馈补偿算法相结合的方法。该方案不仅改善了矩阵变换器输出特性,提高了电压传输比,同时对非正常工况下的系统输出波形进行了有效地补偿。论文建立了两种矩阵变换器调制策略仿真模型,通过仿真研究表明：在矩阵变换器输入电压非正常时,两种调制策略均可对输出电压畸变进行有效地抑制,并使电压传输比得到明显的提高。论文在采用DSP28335为控制核心的矩阵变换器实验平台中,实现了虚拟不可控整流矩阵变换器的调制算法,并通过实验验证了调制策略的可行性与有效性。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 矩阵变换器研究背景

1.2 矩阵变换器调制策略

1.3 矩阵变换器研究动态

1.4 矩阵变换器存在问题及本文研究意义

1.5 论文的研究内容

2 矩阵变换器空间矢量调制策略

2.1 矩阵变换器基本原理

2.2 双空间矢量调制策略

2.2.1 虚拟逆变级的空间矢量调制

2.2.3 虚拟整流级的空间矢量调制

2.2.4 双空间矢量调制

2.3 仿真研究

2.3.1 矩阵变换器主电路建模

2.3.2 矩阵变换器控制器模块建模

2.4 仿真结果分析

2.5 本章小结

3 非正常工况下矩阵变换器前馈补偿策略

3.1 矩阵变换器非正常工况下的运行性能分析

3.1.1 矩阵变换器的功率传递

3.1.2 输入电压不平衡时的运行性能分析

3.1.3 输入电压非正弦时的运行性能分析

3.1.4 输入电压突变的运行性能分析

3.2 非正常工况下矩阵变换器前馈补偿策略

3.3 仿真研究

3.3.1 三相输入电压不平衡的补偿情况

3.3.2 三相输入电压非正弦的补偿情况

3.3.3 输入电压突变的补偿情况

3.4 本章小结

4 带前馈补偿的虚拟不可控整流调制算法

4.1 虚拟不可控整流调制算法

4.1.1 虚拟整流级不可控调制算法

4.1.2 虚拟逆变级SVPWM算法

4.1.3 前馈补偿控制策略

4.2 仿真研究

4.3 仿真结果分析

4.3.1 电压传输比分析

4.3.2 三相输入电压不平衡的补偿情况

4.3.3 输入电压突变的补偿情况

4.4 本章小结

5 带前馈补偿的高频母线矩阵变换器调制策略

5.1 高频母线矩阵变换器原理调制策略

5.1.1 整流部分调制策略

5.1.2 逆变部分调制策略

5.2 前馈补偿环节

5.3 仿真研究

5.4 本章小结

6 矩阵变换器控制器设计

6.1 矩阵变换器系统结构

6.2 矩阵变换器控制算法软件实现

6.2.1 主程序

6.2.2 PWM中断服务程序

6.3 实验结果

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录 (攻读学位期间发表的论文)