雙級(jí)矩陣變換器及其控制策略研究.pdf

1、雙級(jí)矩陣變換器(two-stage matrix converter,稱TSMC)由于克服了常規(guī)矩陣變換器(conventionM matrix converter，簡(jiǎn)稱CMC)控制策略復(fù)雜、開關(guān)數(shù)量多等缺點(diǎn)，成為目前頗具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N新型矩陣變換器。由于實(shí)際應(yīng)用中的各種非理想運(yùn)行條件和擾動(dòng)，使得TSMC 輸出電壓質(zhì)量受到影響，其優(yōu)良特性不能得到充分發(fā)揮?？朔抢硐脒\(yùn)行條件和各種擾動(dòng)影響、提高輸出電壓質(zhì)量成為目前TSMC研究中亟待解決的

2、問(wèn)題。論文在研究TSMC空間矢量調(diào)制策略的基礎(chǔ)上，從開環(huán)調(diào)制策略和閉環(huán)控制策略兩個(gè)角度，對(duì)TSMC的輸出電壓控制策略展開了深入研究。論文的主要研究工作包括： 在調(diào)制策略研究方面，對(duì)目前普遍采用的整流級(jí)無(wú)零矢量的空間矢量調(diào)制法進(jìn)行了改進(jìn)。并提出了一種針對(duì)TSMC的雙空間矢量調(diào)制策略及其簡(jiǎn)化算法，隨后對(duì)基于雙空間矢量調(diào)制策略的TSMC低頻開關(guān)函數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo)，在變換關(guān)系上實(shí)現(xiàn)了非線性、不連續(xù)開關(guān)電路的連續(xù)化和線性化。 針對(duì)雙空

3、間矢量調(diào)制策略不能抑制非對(duì)稱、畸變等非正常輸入電壓對(duì)TSMC輸出產(chǎn)生影響的情況，對(duì)TSMC雙空間矢量調(diào)制策略進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種新的非正常輸入電壓表示方法以及抗擾分量的概念，通過(guò)在整流調(diào)制矢量中引入抗擾分量來(lái)提高TSMC輸出電壓波形質(zhì)量。仿真結(jié)果表明，該方法不僅能對(duì)各種常見非正常輸入電壓引起的輸出諧波進(jìn)行有效抑制，而且簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)。 利用dq變換，建立了同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(dq坐標(biāo)系)上的TSMC穩(wěn)態(tài)模型。基于dq模型，對(duì)TSMC的

4、功率特性進(jìn)行了分析，并提出了一種利用dq模型計(jì)算控制變量的思路，解決了多控制目標(biāo)下TSMC控制變量難以確定的問(wèn)題。功率特性分析和計(jì)算方法對(duì)于TSMC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及控制具有一定的指導(dǎo)意義。 輸出電壓瞬時(shí)值反饋閉環(huán)控制是抑制多種擾動(dòng)的合理方法。論文以TSMC逆變級(jí)為閉環(huán)控制對(duì)象，將輸入電壓擾動(dòng)轉(zhuǎn)化為逆變級(jí)輸入側(cè)直流電壓的擾動(dòng)，建立了基于三相靜止坐標(biāo)系的逆變級(jí)的標(biāo)量數(shù)學(xué)模型。并引入合成矢量概念，建立了逆變級(jí)的合成矢量模型，將多輸入多輸出

5、的控制對(duì)象模型簡(jiǎn)化為等效的單輸入單輸出模型。在此基礎(chǔ)上對(duì)三種輸出電壓的閉環(huán)控制策略進(jìn)行了深入研究。對(duì)基于dq坐標(biāo)系TSMC的PID控制策略展開研究，針對(duì)基于單序dq坐標(biāo)系的PI控制對(duì)負(fù)載不平衡控制能力的不足，提出了基于雙序dq坐標(biāo)系TSMC輸出電壓的閉環(huán)控制策略。仿真結(jié)果表明，基于單序dq坐標(biāo)系的PI控制對(duì)輸入電壓波動(dòng)、負(fù)載變化等基波擾動(dòng)具有較好的抑制效果。而基于雙序dq坐標(biāo)系的PI控制能夠顯著提高不平衡負(fù)載運(yùn)行下TSMC輸出電壓的波形

6、質(zhì)量。 重復(fù)控制技術(shù)是抑制周期性諧波擾動(dòng)的有效控制方法。論文以提高TSMC系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度為目標(biāo)，首次將重復(fù)控制技術(shù)應(yīng)用于TSMC控制中。針對(duì)重復(fù)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力的不足，提出了基于重復(fù)控制和PI控制的復(fù)合控制方法，改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。論文還指出了非周期性擾動(dòng)對(duì)重復(fù)控制器產(chǎn)生干擾的問(wèn)題，提出了復(fù)合控制器的一種改進(jìn)方法，避免了非周期性擾動(dòng)對(duì)重復(fù)控制器產(chǎn)生的影響。仿真結(jié)果證明了重復(fù)控制技術(shù)在諧波抑制上的顯著效果以及復(fù)合控制方法的有效