混合式双级矩阵变换器控制策略研究

论文摘要

双级矩阵变换器（Two-Stage Matrix Converter简称TSMC）是目前颇具发展潜力的矩阵变换器,它具有输入功率因数可调、输出电压可调、能量可双向流动,换流较传统的矩阵变换器（Conversional Matrix Converter简称CMC）简单等优点。混合式双级矩阵变换器（Hybrid Two-Stage Matrix Converter简称混合式TSMC）是在TSMC基础上发展起来的一种新型拓扑结构的矩阵变换器,它具有常规TSMC优点,同时又克服了其不足:可以较好地抑制输入不平衡和提高电压传输比。论文以混合式TSMC控制策略为主要研究内容。论文首先分析了混合式TSMC的拓扑结构,建立了整个系统简化仿真模型。分析了混合式TSMC自身拓扑结构的特点,并介绍了通过补偿直流环节电压来抑制输入不平衡的混合式TSMC控制策略。提出了进一步提高混合式TSMC电压传输比的控制策略,该控制策略通过消除逆变级零矢量,提高了直流环节电压的利用率,达到提高电压传输比的目的。同时利用直流环节H桥变换器的调节功能,对逆变级输入电压进行调节,保证输出电压的对称正弦。仿真验证了控制策略的正确性。虽然混合式TSMC的开环控制策略可以提高TSMC抑制输入不平衡的能力,但是无法抑制输入电压波动和负载的线性扰动（加卸载）。论文提出了混合式TSMC的闭环控制策略,使混合式TSMC能够在上述扰动情况下自动调节逆变级的电压调制系数,可以根据扰动修正逆变级的占空比,维持输出电压幅值恒定。整个控制系统由三个环节构成,分别为前馈控制环节、H桥变换器控制环节、逆变级闭环控制环节。前馈控制环节主要保证H桥变换器控制环节的控制信号可以跟随输入电压变化,直流环节电压在输入电压跌落时仍然可以得到调节,拓宽输出电压的范围,提高传输电能的效率。仿真验证了控制策略的正确性。论文以DSP为控制核心,设计和制作了一台TSMC的实验样机,实验结果验证了TSMC调制策略的正确性,为混合式TSMC的研究提供了实验平台。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 几种不同拓扑类型的矩阵变换器介绍
• 1.3 混合式TSMC 的研究现状及其控制策略的研究意义
• 1.4 论文完成的主要工作
• 第2章 TSMC 的拓扑结构和调制策略
• 2.1 TSMC 的几种典型拓扑结构
• 2.2 TSMC 的控制策略
• 2.3 仿真和实验分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 混合式TSMC 的拓扑和基本控制策略
• 3.1 混合式TSMC 的拓扑结构
• 3.2 混合式TSMC 的基本控制策略
• 3.3 混合式 TSMC 的占空比计算和分布
• 3.4 混合式 TSMC 仿真模型的建立
• 3.5 本章小结
• 第4章 混合式TSMC 抑制输入不平衡的仿真研究
• 4.1 输入不平衡对直流环节电压的影响
• 4.2 输入不平衡时TSMC 输出电压谐波分析
• 4.3 混合式TSMC 中H 桥变换器控制策略
• 4.4 仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 混合式TSMC 提高电压传输比的控制策略研究
• 5.1 逆变级的零矢量对电压传输比的影响
• 5.2 逆变级的无零矢量调制
• 5.3 混合式TSMC 的最大电压传输比
• 5.4 混合式TSMC 的占空比计算和分布
• 5.5 仿真和实验研究
• 5.6 电容计算
• 5.7 本章小结
• 第6章 混合式TSMC 的闭环控制策略研究
• 6.1 引言
• 6.2 混合式TSMC 的闭环控制系统框图
• 6.3 前馈控制环节
• 6.4 逆变级闭环控制系统
• 6.5 仿真与实验
• 6.6 本章小结
• 第7章 TSMC 实验平台的设计及制作
• 7.1 硬件电路介绍
• 7.2 软件程序设计
• 7.3 实验结果
• 7.4 本章小结
• 第8章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间发表的论文）
• 附录B （逆变级程序清单）