非正常工况下双级矩阵变换器的控制策略研究

摘要

双级矩阵变换器(TSMC, Two Stage Matrix Converter)是一种新型直接功率变换装置。它具有输入输出波形良好、功率因数可调、能量双向流动、换流简单可靠等优点,是目前最具发展潜力的交流电力变换装置之一。受电路拓扑和调制策略的束缚,TSMC电压传输比较低,线性调制时最大值仅为0.866；此外,因其拓扑结构不含储能元件,导致负载电流畸变、电网电压波动等均会直接影响TSMC输入输出性能。针对上述问题,论文从提高电压传输比和改善非正常工况时TSMC输出性能两个方面,对TSMC的控制策略进行了深入研究。针对电压传输比偏低这个问题,论文在双空间矢量调制策略基础之上,将TSMC调制区域分为线性调制区域和非线性调制区域。在线性区域,采用双空间矢量调制策略；非线性区域,采用双模过调制和单模过调制两种过调制方法,实现了线性区域向非线性区域的平滑过渡。上述两种过调制方法均可使TSMC电压传输比提高至1。针对TSMC输入输出性能易受电网电压非正常工况和负载扰动的影响这个问题,论文在双空间矢量调制策略基础上,引入了两种前馈补偿策略：基于对称分量法的前馈补偿策略和基于3/2变换的前馈补偿策略。这两种前馈补偿策略通过检测输入电压来计算直流母线的波动,实时修正逆变级电压调制系数,使负载侧获得对称的输出电压和电流。该方法均是以牺牲电压传输比为代价来换取较好的输出电压和电流波形。为了提高非正常工况时TSMC的电压传输比,论文在后一种前馈补偿策略之上,提出了一种新的控制方法,整流级采用电流空间矢量过调制,逆变级采用前馈补偿控制策略,可使负载侧获得最大的对称输出。最后,利用Matlab软件建立了仿真模型。仿真结果表明,两种过调制方法均能有效提高TSMC的电压传输比,基于3/2变换的前馈补偿策略及其改进方法均能改善非正常工况下TSMC的输入输出性能,进一步验证了论文所研究方法的有效性。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 概述

1.1.1 传统AC-AC功率变换器

1.1.2 理想AC-AC功率变换器

1.2 常规矩阵变换器

1.2.1 常规矩阵变换器研究现状

1.2.2 常规矩阵变换器存在的问题

1.3 双级矩阵变换器

1.3.1 双级矩阵变换器的提出

1.3.2 双级矩阵变换器研究现状

1.3.3 双级矩阵变换器特点

1.3.4 双级矩阵变换器存在问题

1.4 本文主要工作

2 双级矩阵变换器的空间矢量调制策略

2.1 双级矩阵变换器的调制策略

2.1.1 整流级无零矢量的空间矢量调制

2.1.2 双空间矢量调制策略

2.2 仿真研究

2.2.1 仿真工具MATLAB简介

2.2.2 仿真模型

2.2.3 整流级无零矢量的空间矢量调制策略仿真研究

2.2.4 双空间矢量调制策略仿真研究

2.3 本章小结

3 提高TSMC电压传输比的调制策略研究

3.1 引言

3.2 过调制技术概述

3.3 双级矩阵变换器的双模过调制技术

3.3.1 逆变级过调制模式Ⅰ的基本调制策略

3.3.2 逆变级模式Ⅱ调制策略

3.3.3 整流级双模过调制策略

3.4 双级矩阵变换器的单模过调制技术

3.4.1 逆变级单模过调制策略

3.4.2 整流级单模过调制策略

3.5 双模过调制技术与单模过调制比较

3.6 仿真研究

3.6.1 模式Ⅰ过调制策略仿真研究

3.6.2 模式Ⅱ过调制策略仿真研究

3.6.3 单模过调制策略仿真研究

3.7 本章小结

4 输入电压不平衡时双级矩阵变换器调制策略的改进

4.1 引言

4.2 输入三相电压非正常工况和对称分量法

4.2.1 三相电压不平衡

4.2.2 输入电压跌落与骤升

4.2.3 对称分量法

4.3 TSMC在输入电压非正常工况时的运行性能

4.3.1 输入电压不平衡对TSMC的影响

4.3.2 输入电压瞬时跌落与骤升对TSMC的影响

4.4 输入电压不平衡时前馈补偿策略

4.4.1 基于对称分量法的前馈补偿控制策略

4.4.2 基于3/2变换的前馈补偿策略

4.5 输入电压不平衡时前馈补偿策略的改进

4.6 仿真研究

4.6.1 非正常工况下无前馈补偿策略的仿真

4.6.2 非正常工况下带前馈补偿策略的仿真

4.6.3 非正常工况下改进的前馈补偿策略仿真

4.7 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

在校期间所发论文