矩阵变换器 - 360文档中心

矩阵变换器的一种新型两步换流策略

摘要：对传统电压型４步换流步数多、区大、出波形质量差以及检测电路复杂等缺点，出一种新型两针死输提
步换流策略。该策略根据ＩＢＧＴ导通关断时间的不同，将换流步数缩短到两步；结合空间矢量控制策略，根据输入功率因数调节开关序列顺序，免在过渡扇区内换流。新型方案不仅保证了换流过程安全可靠，避而且提高了输出波形质量，化了换流逻辑和采样调理电路。在矩阵变换器样机上验证了该方案的可行性和正确性。简
第４６卷第６期
２１０２年６月
电力电子技术
ＰｗｅｌｃｒｎｃｏｒＥｅｔｉｓｏ
Ｖｏ．６，Ｎｏ６１４．
Ｊｎ０２ｕｅ２１
矩阵变换器的一种新型两步换流策略
李生民，顾永，洛向刚
（西安理工大学，自动化与信息工程学院，陕西西安７０４）１０８
Байду номын сангаас
ｅｙａｊｓｗｔｈｓｔｓｓｑｅｃｏｂｎｎｅｉｐｔｐｗｒｆｔｒｗｉｐｃｅｔｏｔｌｓａｇ，ｎｍｒｅｇｄｕｔｓｉｔｕｅｕｎｅｃｍｉｉｇｔｎｕｏｅａｏｔｓａｅｖｃｒｃｎｔｔｙａｄｉｐｖｓｓｃａｈｃｈｏｏｒｒｅｏ
Ｌｈｎ－ｎ，ＧＵｎＩＳｅｇｍｉＹｏｇ，ＬａｇｇｎＵＯＸｉｎ－ａｇ
（ ’ｒＵｍｅｉｅｈｏｏｙｉ７０４Ｃｉａｔｎ￣ｔｏＴｃｎｌ，Ｘ ’ ｙｆｇ１０８，ｈｎａ）

矩阵式变换器的控制系统研究

ＹＡＮＧｉＰｎｇ，ＬＵｅ— ｕ，ＺＨＥＮＧＸｕｙＭｕ—ｕｉｇ
（ｏｔｈｎｎｅ￣ｏｅｈｏｏｙｕｎｚｏ１６０ｈｎ）ＳｕＣｉａＵｗｍｉｆＴｃｎｌ，Ｇａｇｈｕ５０４，Ｃｉａｈｇ
ＡｂｔａｔＭａｒｘｃｎｅｅｓａｎｖｌＡＣＡＣｏｖｒｒＡｍｉｇａｅｌｉｇｔｅｃｎｒｌｓｒｔｇｘｅｉｎｌｎｅｉｓｒｃ：ｔｏｖｒｒｉｏｅ／ｃｎｅｅ．ｉｎｔｒａｉｎｈｏｔｔｅｙｅｐｄｅｔａｄｒｌｉｔｔｚｏａｙ —
关键词：阵式变换器：双电压控制：变步长换流矩
中图分类号：Ｍ４Ｔ６
文献标识码：Ａ
文章编号：００１０２１）３００ — ４１０ — ０Ｘ（０１０ — ０９０
ＲｅｅｒｈｏａｒｘＣｏｖｒｅｎｒｌＳｓｅｓａｃｎＭｔｉｎｅｔｒＣｏｔｏｙｔｍ
第４卷第３５期
２１０１年３月
电力电子技术
ＰｗｅｅｔｎｃｏｒＥｌｃｒｉｓｏ
Ｖｏ．５１．Ｎｏ３４．Ｍａｃ０１ｒｈ２１
矩阵式变换器的控制系统研究
杨华电力学院，广东广州５０４）１６０
ｐｏｌｍｆｔｅｂｍｔｐｌｅｉａａｙｅｎｏｖｄＴｅｐｐｒａｓｎｒｄｃｓｔｅｐｎｉｌｆｖｌｉｆｖｒｉｇｓｅｒｂｅｏｈｕｕｓｓｎｌｓｄａｄｓｌｅ．ｈａｅｌｏｉｔｕｅｈｒｃｐｅｏａｉｔｏａｙｎ —ｔｐｏｉｄｙｆｕｔｐｏｏｒｓｅｓｃｍｍｕｉａｉｎｓｒｔｇ．ｉａｌｔｅａｔａｉｅｏｈｍｐｏｅｏｂｅｌｅｔｉｅｖｌｇｏｔｏｔｔｇｎｎｃｔｔａｅｙＦｎｙ，ｃｕｌｆｔｅｉｒｖｄｄｕｌｉ — ｌｏｔｅｃｎｒｌｓｒｅａｄｏｌｈｚｎｏｎａａｙｖｌｉｆｖｒｉｇｓｅｏｒｓｐｏａｉｔｏａｎ — ｔｐｆｕｔｓｃｍｍｕｉａｉｎｓｒｔｇｒｎｒｄｃｄ．ｈｘｅｍｅｔｌｐｏｏｙｅｏｔｘｃｎｅｄｙｙｅｎｃｔｔａｅｙａｅｉｔｕｅＴｅｅｐｒｎａｒｔｔｐｆｍａｒｏｖ￣－ｏｏｉｉ

基于MATLAB的三相矩阵变换器的建模与仿真分析

与其它变频电路相比，矩阵式变频电路具有以下特点：１）输出电压为正弦波，输出频率不受电网频率的限制。

２）输入电流也可控制为正弦波且和电压同相，功率因素为１，也可控制为需要的功率因素。

３）能量可双向流动，适用于交流电动机的四象限运行。

４）没有中间的直流环节，效率较高。

５）可现实频率、幅值、功率因素等的独立控制。

常用的三相矩阵拓扑结构如图１所示。

２　矩阵式变换器的基本原理对三相交流电压ｅα、ｅｂ、ｅｃ进行ＰＷＭ控制，假定开关频率足够高，则其输出电压Ｖα、Ｖｂ、Ｖｃ为：（１）其中Ｔｃ为一个开关周期，ｔ１、ｔ２、ｔ３等为一个开关时间内的导通时间。

其中ｔ１１＋ｔ１２＋ｔ１３＝Ｔｃ（２）即矩阵的每行时间和为Ｔｃ。

基于ＭＡＴＬＡＢ的三相矩阵变换器的建模与仿真分析王田钱平上海应用技术学院电力电子与电力传动２００２３５１　引言近年来，出现了一种新颖的矩阵式变频电路，这种电路是直接变频电路，控制方式不是相控而是斩控方式。

由于其具有诸多理想特性成为国内外研究的热点之一。

这里我们把称为调制矩阵，并记作为Ｔ。

因此我们可以把（１）式缩写为：Ｖ＝Ｔ＊ｅ（３）根据阻感负载电流具有电流源的性质，负载电流的大小是由负载的需要决定的，在矩阵式变频电路中，９个开关的通断情况确定后，即Ｔ矩阵中各元素确定后，输入电流电流和输出电流的关系也就确定了。

实际上，其输出电流与输入电流的关系如下式：（４）可缩写为：（５）其中指输入电流矩阵，为输出电流矩阵。

为调制矩阵的转置矩阵。

对一个实际系统来说，输入电压和所需要的输出电流是已知的。

设其分别为（６）图１矩阵变换器的拓扑结构图２双向开关封装前后图（７）图５负载三相电压与电流图６ＰＷＭ控制图图４矩阵变换器的三相仿真图图３一组双向开关封装前后图其中Ｕｉｍ、Ｉｏｍ为输入电压和输出电流的幅值；ωｉ、ωｏ为输入电压和输出电流的角频率；φｏ为相应于输出频率的负载阻抗角，这样希望的输出电压和输入电流就分别为：（８）（９）能够求得式（８）和（９）的调制矩阵Ｔ，就可得到式中所希望的输出电压和输入电流。

矩阵式变换器交流励磁的变速恒频风力发电系统研究

矩阵式变换器交流励磁的变速恒频风力发电系统研究结合矩阵式变换器、交流励磁发电技术和矢量控制的优点，建立了矩阵式变换器供电的变速恒频交流励磁风力发电机定子磁场定向的矢量变换控制系统模型，该系统能够在不同风速下最大程度地获得风能，高质量发电，并实现有功、无功功率的独立调节。

仿真结果展现了系统的优良特性，验证了该方案的正确性和有效性。

标签变速恒频风力发电；矩阵式变换器；交流励磁引言：随着环境保护要求的日益提高和一次性能源的日趋耗尽，开发洁净无污染的后续能源已成为当务之急。

风能作为一种可再生能源近年来受到广泛的重视，风力发电愈来愈高技术化、高性能化。

风力发电机并网发电时，要求输出频率和电网频率一致。

采用变速恒频方式可以提高风能的获取和转换利用率，是很适合风力发电的运行方式，也是它的发展方向。

变速下实现恒频发电的方法众多，其中一种方案是交流励磁发电，它采用变频器实现双馈发电机的交流励磁，变频器只需供给转差功率，大大减小了容量的需求。

此时发电系统可根据风力机的转速变化调节励磁电流的频率，实现恒频输出；通过改变励磁电流的幅值和相位实现发电机有功、无功功率的独立调节，这应是变速恒频发电中的优化方案。

1.交流励磁变速恒频风力发电原理交流励磁发电机从结构上看就是一台绕线式异步电机，转子上采用三相对称分布的励磁绕组，对称交流电励磁，且励磁电压的频率、大小、相位、相序都可根据系统要求加以控制。

交流励磁发电机转速不同于同步转速，但由于其转子实际转速加上交流励磁产生的旋转磁场的转速（方向可以相同或相反）等于同步转速，则在电机气隙中形成一个同步旋转磁场，在定子侧感应出同步频率的感应电势。

因此有的称交流励磁发电机为“异步化同步发电机”。

正是由于交流励磁发电机励磁控制自由度的增加，才使得该类电机具有超越传统同步发电机的性能，其主要表现在：（1）当交流励磁发电机稳态运行时，其转子励磁频率可根据所需电机的转速加以控制，以满足机电能量转换条件：ωs =ωr±ωf，其中ωs为电网角频率，ωr为转子旋转角速度，ωf为励磁电压角频率，因此可实现变速恒频发电；（2）交流励磁发电机励磁磁场的大小以及相对转子的位置决定于励磁电压的大小、频率及其与定子电压的相位关系，采用适当的控制策略后，可使发电机输出的有功、无功功率独立调节。

模块化多电平矩阵变换器的控制研究

模块化多电平矩阵变换器的控制研究摘要：本文研究了一种新型的模块化多电平矩阵变换器（MMC）控制方法，该方法将传统MMC的控制方式进行改进，使其具有更高的可靠性和更好的控制性能。

在该方法中，将MMC划分为多个单元模块，每个单元模块都由一个独立的控制器控制，同时，使用一种新型的状态估计算法，提高了MMC的控制精度和稳定性。

通过仿真实验和实际硬件实验验证了该方法的可行性和有效性。

关键词：模块化多电平矩阵变换器；控制；单元模块；状态估计算法1. 引言随着电力系统的快速发展和对电力品质的日益重视，多电平矩阵变换器（MMC）作为一种新型的柔性交直流转换装置被广泛应用。

传统MMC的控制方法主要是基于模型预测控制和PI控制，虽然这种控制方法具有一定的控制精度和稳定性，但是在实际应用中，MMC存在着许多难以克服的问题，如控制精度低、容易产生谐波、并网容易出现故障等问题。

因此，如何提高MMC的控制性能、降低控制成本是一个非常重要的问题。

2. MMC的模块化控制针对MMC存在的问题，本文提出一种新的模块化控制方法。

该方法将MMC划分为多个单元模块，每个单元模块由一个独立的控制器控制。

这种模块化的控制结构不仅可以降低整个控制系统的复杂度，而且可以降低成本，提高可靠性。

同时，由于单元模块能够独立地进行相应的控制策略，因此可以更加精细地控制MMC，从而提高控制性能。

3. MMC的状态估计算法为了更加精确地估计MMC的状态，本文提出了一种新型的状态估计算法。

该算法基于扩展卡尔曼滤波器（EKF）和输出反馈控制器（OFC），通过对MMC的状态进行动态估计，可以准确、全面地反映MMC的工作状态，从而实现对MMC的高效控制。

4. 仿真与实验验证为了验证模块化MMC控制和状态估计算法的有效性，本文进行了一系列的仿真和实验研究。

仿真结果表明，模块化控制结构可以有效地降低MMC的谐波含量，提高MMC的并网能力和控制精度。

同时，状态估计算法可以准确地反映MMC的状态，从而实现更好的控制效果。

双级矩阵变换器换流策略研究

潜力的一种电力变换器。从２００１年ＴＳＭＣ拓扑被
本文将用于ＣＭＣ的四步换流策略移植到
ＴＳＭＣ，在对ＴＳＭＣ调制策略进行研究的基础上，搭
建了一台基于英飞凌ＸＥ１６４＋ＣＰＬＤ的实验样机，对四步换流策略进行了实验验证，实验结果表明，四步
ｆ１９５０一），男，教授，博士生导师，研究方向为交流传动与新
型电力电子装景，Ｅ — ｍａｉｌ：ｚｈｏｎｇｙｒ＠ｘａｕｔ．ｅｄｕ．ｃａ。
８０
电
源
学
报
总第４５期
Ｎ
图１１８开关双级矩阵变换器拓扑
ＴＳＭＣ在工业中推广和应用的瓶颈主要在于其安全换流和调制策略。ＴＳＭＣ工作时须同时满足输入侧不能短路，输
１．１整流级调制策略
为了在直流侧输出极性为正的直流电压，并获
出侧不能开路两个约束条件，所以需要特殊的换流
模式。文献［３】提出的整流逆变协调换流策略理论虽简单，但硬件较难实现。
得最大的电压利用率，同时使输入电流正弦、输入单位功率因数，需把输入相电压的周期分成６个区间，如图２，每个区间中，一相电压绝对值最大，另两相电压极性同它相反，绝对值最大相的双向开关处

矩阵变换器输出电压频谱的分析

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＭａｔｒｉｘｃｏｎｖｅｒｔｅｒｉｓａｎＡＣｔｏＡＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒｗｉｔｈｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙＰＷＭｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｏｆｍａｔｉｘｒｃｏｎｖｅｔｅｒｒｃｏｎｔａｉｎｓ
（２）
三相到单相结构的传递函数可表示为：
ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｓｐｅｃｔｒｕｍｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｍａｔｉｘｒｃｏｎｖｅｔｅｒｒ．
流技术
ＣｏｎｖｅｒｔｅｒＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ
— — —
《电气自动化｝２０１３年第３５卷第６期
矩阵变换器输出电压频谱的分析
印越强，郭前岗，周西峰（南京邮电大学自动化学院，江苏南京２１００４６）
Ｏ引言
交一交矩阵变换器的出现弥补了传统型交一直一交变频器的不足。矩阵变换器具有如下两个最主要的优点：１．不需要直流储能元件；２．能量双向流通。从矩阵变换器第一次被提出以来，
三相到单相的结构，其中一路输入电压可以表示为：
ＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒＯｕｔｐｕｔＶｏｌｔａｇｅＳｐｅｃｔｒｕｍｏｆＭａｔｒｉｘＣｏｎｖｅｒｔｅｒ

基于双电压控制策略的矩阵式变换器研究

ｔｅｃｒｃｎｓｆｔｅｒｔａｎｌｓ．ｄｔａｉｒｖｄｅｒｔａａｉｆｒｔｅｄｓｇｎｅｌａｉｎｏｔｘｈｏｒｔｅｓｏｓｔｏｅｉｌａｙｉＡｎｔｌｐｏｉｅａｔｏｅｉｌｂｓｓｏｅｉｎａｄｒａｉｔｆｍａｒｅｉｈｃａｓｈｗｌｈｃｈｚｏｉ
衡时，阵式变换器的双电压瞬时值控制的原理和该控制策略下输出电压的合成规律。最后通过仿真和实验结矩
果分析，出了电压、给电流的波形，验证了该控制策略具有良好的抗干扰性能。关键词：阵式变换器；电压控制；矩双非平衡；抗干扰中图分类号：Ｍ６４Ｔ２文献标识码：Ｂ
２双电压控制原理
２１控制原理．
交变换器无法比拟的优良特性ｌ２：产生低次谐波ｌ可ｌＪ
含量极小的正弦输出电压，输出电压幅值可调；输出频率可调，不受输入频率影响。无中间直流环节，体积
小；能量可双向流动，有四象限运行能力；得到正具可
键。目前采用的控制策略主要有直接变换式和间接变
压向量得线性组合来合成两个满足三相对称的输出线
电压。
电压合成一般方程如下：
ｌｌ＝ｂｕｔｏｏ￣ｏ＋
ＬＵｏ２
－：＋６ｕ
（）１
＝Ｃ￣ｉ＋ＣＵｉ＋Ｃ２－２ｏＯ１ｌ／１／，
ｔｌａｅｄｓｕｓｄＴｅｃｎｏｎｔｎｏｔｘｃｎｅｔｒｂｓｄｏｏｂｅｖｌｇｏｔｌｔｔｇｎｅｎａａｃｄｉ－ｒｒｉｓｅ．ｈｏｔｌｕｃｉｆｏｃｒｆｏｍａｒｏｖｒｓａｅｎｄｕｌｏｔｅｃｎｒｒｅｙｕｄｒｕｂｌｎｅｉｅａｏｓａｎ