雙級矩陣變換器及其控制策略研究.pdf

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

2、問題。論文在研究TSMC空間矢量調制策略的基礎上，從開環(huán)調制策略和閉環(huán)控制策略兩個角度，對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： 在調制策略研究方面，對目前普遍采用的整流級無零矢量的空間矢量調制法進行了改進。并提出了一種針對TSMC的雙空間矢量調制策略及其簡化算法，隨后對基于雙空間矢量調制策略的TSMC低頻開關函數(shù)進行了推導，在變換關系上實現(xiàn)了非線性、不連續(xù)開關電路的連續(xù)化和線性化。 針對雙空

3、間矢量調制策略不能抑制非對稱、畸變等非正常輸入電壓對TSMC輸出產生影響的情況，對TSMC雙空間矢量調制策略進行改進，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，通過在整流調制矢量中引入抗擾分量來提高TSMC輸出電壓波形質量。仿真結果表明，該方法不僅能對各種常見非正常輸入電壓引起的輸出諧波進行有效抑制，而且簡單易于實現(xiàn)。 利用dq變換，建立了同步旋轉坐標系(dq坐標系)上的TSMC穩(wěn)態(tài)模型?；赿q模型，對TSMC的

4、功率特性進行了分析，并提出了一種利用dq模型計算控制變量的思路，解決了多控制目標下TSMC控制變量難以確定的問題。功率特性分析和計算方法對于TSMC系統(tǒng)的設計及控制具有一定的指導意義。 輸出電壓瞬時值反饋閉環(huán)控制是抑制多種擾動的合理方法。論文以TSMC逆變級為閉環(huán)控制對象，將輸入電壓擾動轉化為逆變級輸入側直流電壓的擾動，建立了基于三相靜止坐標系的逆變級的標量數(shù)學模型。并引入合成矢量概念，建立了逆變級的合成矢量模型，將多輸入多輸出

5、的控制對象模型簡化為等效的單輸入單輸出模型。在此基礎上對三種輸出電壓的閉環(huán)控制策略進行了深入研究。對基于dq坐標系TSMC的PID控制策略展開研究，針對基于單序dq坐標系的PI控制對負載不平衡控制能力的不足，提出了基于雙序dq坐標系TSMC輸出電壓的閉環(huán)控制策略。仿真結果表明，基于單序dq坐標系的PI控制對輸入電壓波動、負載變化等基波擾動具有較好的抑制效果。而基于雙序dq坐標系的PI控制能夠顯著提高不平衡負載運行下TSMC輸出電壓的波形

6、質量。 重復控制技術是抑制周期性諧波擾動的有效控制方法。論文以提高TSMC系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度為目標，首次將重復控制技術應用于TSMC控制中。針對重復控制系統(tǒng)動態(tài)響應能力的不足，提出了基于重復控制和PI控制的復合控制方法，改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能。論文還指出了非周期性擾動對重復控制器產生干擾的問題，提出了復合控制器的一種改進方法，避免了非周期性擾動對重復控制器產生的影響。仿真結果證明了重復控制技術在諧波抑制上的顯著效果以及復合控制方法的有效