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《中南大学》 2007年
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双级矩阵变换器及其控制策略研究

邓文浪  
【摘要】: 双级矩阵变换器(two-stage matrix converter,简称TSMC)由于克服了常规矩阵变换器(conventional matrix converter,简称CMC)控制策略复杂、开关数量多等缺点,成为目前颇具发展潜力的一种新型矩阵变换器。由于实际应用中的各种非理想运行条件和扰动,使得TSMC输出电压质量受到影响,其优良特性不能得到充分发挥。克服非理想运行条件和各种扰动影响、提高输出电压质量成为目前TSMC研究中亟待解决的问题。论文在研究TSMC空间矢量调制策略的基础上,从开环调制策略和闭环控制策略两个角度,对TSMC的输出电压控制策略展开了深入研究。论文的主要研究工作包括: 在调制策略研究方面,对目前普遍采用的整流级无零矢量的空间矢量调制法进行了改进。并提出了一种针对TSMC的双空间矢量调制策略及其简化算法,随后对基于双空间矢量调制策略的TSMC低频开关函数进行了推导,在变换关系上实现了非线性、不连续开关电路的连续化和线性化。 针对双空间矢量调制策略不能抑制非对称、畸变等非正常输入电压对TSMC输出产生影响的情况,对TSMC双空间矢量调制策略进行改进,提出了一种新的非正常输入电压表示方法以及抗扰分量的概念,通过在整流调制矢量中引入抗扰分量来提高TSMC输出电压波形质量。仿真结果表明,该方法不仅能对各种常见非正常输入电压引起的输出谐波进行有效抑制,而且简单易于实现。 利用dq变换,建立了同步旋转坐标系(dq坐标系)上的TSMC稳态模型。基于dq模型,对TSMC的功率特性进行了分析,并提出了一种利用dq模型计算控制变量的思路,解决了多控制目标下TSMC控制变量难以确定的问题。功率特性分析和计算方法对于TSMC系统的设计及控制具有一定的指导意义。 输出电压瞬时值反馈闭环控制是抑制多种扰动的合理方法。论文以TSMC逆变级为闭环控制对象,将输入电压扰动转化为逆变级输入侧直流电压的扰动,建立了基于三相静止坐标系的逆变级的标量数学模型。并引入合成矢量概念,建立了逆变级的合成矢量模型,将多输入多输出的控制对象模型简化为等效的单输入单输出模型。在此基础上对三种输出电压的闭环控制策略进行了深入研究。 对基于dq坐标系TSMC的PID控制策略展开研究,针对基于单序dq坐标系的PI控制对负载不平衡控制能力的不足,提出了基于双序dq坐标系TSMC输出电压的闭环控制策略。仿真结果表明,基于单序dq坐标系的PI控制对输入电压波动、负载变化等基波扰动具有较好的抑制效果。而基于双序dq坐标系的PI控制能够显著提高不平衡负载运行下TSMC输出电压的波形质量。 重复控制技术是抑制周期性谐波扰动的有效控制方法。论文以提高TSMC系统稳态精度为目标,首次将重复控制技术应用于TSMC控制中。针对重复控制系统动态响应能力的不足,提出了基于重复控制和PI控制的复合控制方法,改善了系统的动态性能。论文还指出了非周期性扰动对重复控制器产生干扰的问题,提出了复合控制器的一种改进方法,避免了非周期性扰动对重复控制器产生的影响。仿真结果证明了重复控制技术在谐波抑制上的显著效果以及复合控制方法的有效性。 针对TSMC系统的非线性、强耦合等特点,论文提出了基于自抗扰控制器(ADRC)的TSMC输出电压的闭环控制策略,利用ADRC对系统模型中的不确定因素和综合扰动进行动态观测与实时补偿。仿真结果表明,ADRC在各种扰动下具有良好的动静态性能。在相同的扰动情况下,ADRC不仅展现出比经典PID控制器更优异的动态性能,而且具有较强的谐波抑制能力,能够在输入电压异常、负载不平衡等情况下保证系统具有较高的稳态精度。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TM46

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 董锋斌;皇金锋;钟彦儒;;整流级有零矢量的TSMC调制策略[J];电力自动化设备;2011年03期
2 董锋斌;皇金锋;蒋军;;整流级无零矢量TSMC的研究[J];电气技术;2010年09期
3 皇金锋;董锋斌;;整流级无零矢量TSMC输入功率因数的研究[J];电气技术;2011年01期
4 毛勇;邓文浪;李辉;邵国安;;基于优化换流策略的双级矩阵变换器实验研究[J];电力电子技术;2013年05期
5 党存禄;赵鹏林;董瑞洪;;双级矩阵变换器空间矢量调制策略改进[J];工矿自动化;2013年06期
6 裴晓宇;王莉娜;肖鲲;;矩阵变换器网侧相位无误差跟踪方法仿真研究[J];系统仿真学报;2012年05期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 佘宏武;矩阵变换器控制技术研究及其应用[D];华中科技大学;2011年
2 李辉;基于矩阵变换器励磁的双馈型风力发电机并网运行控制策略研究[D];中南大学;2011年
3 储剑波;驱动空调压缩机的永磁同步电动机的控制技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
4 阎彦;矩阵变换器—永磁同步电机调速系统运行控制[D];天津大学;2010年
5 宋鹏;矩阵变换器—永磁同步电机调速系统稳定性研究[D];天津大学;2012年
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1 郭春来;间接矩阵变换器控制策略的研究[D];北方工业大学;2011年
2 杨贺升;间接矩阵变换器驱动异步电机调速系统的高性能控制策略研究[D];北方工业大学;2011年
3 刘见;基于双级矩阵变换器的永磁同步电机矢量控制研究[D];中南大学;2011年
4 王锋;基于空间矢量控制的双级矩阵变换器的研究[D];华东交通大学;2009年
5 李全春;应用于变速恒频发电系统的双级矩阵变换器的研究[D];南京航空航天大学;2011年
6 潘筱;基于间接式矩阵变换器的永磁同步电机控制系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
7 朱豆;双级矩阵变换器—直接转矩组合控制系统的研究[D];中南大学;2008年
8 冀晓帆;间接式矩阵变换器的研制[D];北方工业大学;2010年
9 魏西平;双级矩阵变换器的仿真与实验研究[D];西安理工大学;2010年
10 黄澔;虚拟不可控整流矩阵变换器研究[D];西安理工大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 温照方,杜建生;空间矢量调制的矩阵变换器闭环控制设计[J];北京理工大学学报;2005年07期
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4 程夕明,孙逢春,张承宁,谷中丽;感应电机复传递函数[J];电工技术学报;2001年05期
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10 陈希有,陈学允;直接实现式矩阵变换器在非对称输入条件下的谐波分析与改进[J];电机与控制学报;1999年02期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 张兴;PWM整流器及其控制策略的研究[D];合肥工业大学;2003年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 李小凡;郭兴众;;异步电动机直接转矩控制系统的新型建模仿真[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2006年04期
3 陶玉贵;余红英;喻洁;;基于DSP和ISP1581的USB数据采集系统设计[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2011年03期
4 汪祥;;基于DSP的微机线路保护装置的研究[J];安阳工学院学报;2006年06期
5 张伟;宋章启;阳明晔;陈宇中;;基于光纤陀螺的通用角位移反馈控制传感器[J];半导体光电;2010年01期
6 赵长海;万秋华;佘容红;卢新然;何金其;梁立辉;杜颖财;;24位绝对式光电编码器数据采集系统[J];半导体光电;2010年03期
7 张伟;宋章启;谢元平;胡永明;;自抗扰控制技术在车长周视镜中的应用[J];半导体光电;2010年03期
8 孙德辉;张莹;李志军;张玥;;基于ATmega128单片机的自抗扰控制器设计[J];北方工业大学学报;2010年01期
9 刘彪;申萍;王立德;王苏敬;;基于SIP的大功率柴油机电控喷油系统的改进[J];北京交通大学学报;2007年05期
10 何凌云;佘龙华;赵春霞;;磁浮列车悬浮系统的双环自抗扰控制[J];兵工自动化;2006年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张红良;吴文启;胡小平;;一种新的里程计刻度因子在线辨识算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 金尚泰;侯忠生;王卫红;;无模型自适应控制方法在永磁直线电机控制中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 粟梅;余岳;孙尧;桂卫华;;一种基于数学构造的矩阵变换器调制策略[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 刘志刚;李世华;;永磁同步电机的二阶自抗扰控制算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 阮久宏;荣学文;吴三友;;凿岩机器人液压系统ADRC控制器设计与仿真[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 李云;薛松;龙志强;;基于跟踪微分器的磁浮列车悬浮系统传感器主动容错控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 陈艳;吴熙;王亦红;陆静;朱熀秋;;基于LQ最优控制策略的交流混合磁轴承控制系统研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 龙志强;李云;王旭;;基于自抗扰控制的磁浮列车自动驾驶算法研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 王清;宋年年;王佳庆;姚菁;;优化自抗扰控制器在主汽温控制系统中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 张欣;王云宽;郑军;;永磁同步电机矢量控制安排过渡过程方法的研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨金辉;数字化PWM逆变系统控制关键技术研究及其应用[D];湖南大学;2010年
2 万宇宾;交流伺服系统自适应滑模控制理论与方法研究[D];华中科技大学;2010年
3 李奇南;钢板磁悬浮系统控制[D];浙江大学;2010年
4 刘春喜;大容量400Hz中频逆变器拓扑和数字控制技术研究[D];浙江大学;2010年
5 张洪阳;永磁风力发电机分布式直流并网变流器的研究与实现[D];沈阳工业大学;2011年
6 王晓东;大型双馈风电机组动态载荷控制策略研究[D];沈阳工业大学;2011年
7 于蓉蓉;光伏发电关键技术及电动汽车充电站可靠性研究[D];北京交通大学;2011年
8 王松;永磁同步电机的参数辨识及控制策略研究[D];北京交通大学;2011年
9 贾俊川;双馈风力发电系统中双变流器优化联合控制[D];华北电力大学(北京);2011年
10 佘宏武;矩阵变换器控制技术研究及其应用[D];华中科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 涂远松;基于混合补偿的高效模糊无功补偿控制器的研究[D];南昌航空大学;2010年
2 王磊;继电保护测试仪检定装置的研究与实现[D];南昌航空大学;2010年
3 王公旺;高压带电作业机器人运动控制系统的研究与实现[D];山东科技大学;2010年
4 魏光宇;二维转台控制系统[D];长春理工大学;2010年
5 刘丽珺;基于时差法的超声波流量测试系统研究[D];浙江理工大学;2010年
6 张丹;高速多功能横机控制系统研制[D];浙江理工大学;2010年
7 赵秋山;智能高压TSC无功补偿装置的研制[D];郑州大学;2010年
8 付邦胜;动态电压恢复器控制研究[D];郑州大学;2010年
9 史文韬;基于DSP的水下机器人嵌入式控制系统设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 郝春学;基于DSP的三电平异步电动机直接转矩控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 沈滢,郝荣泰;感应电机矢量控制解耦算法的研究[J];北方交通大学学报;2003年02期
2 温照方,杜建生;空间矢量调制的矩阵变换器闭环控制设计[J];北京理工大学学报;2005年07期
3 梅杨;孙凯;黄立培;;矩阵式变换器技术研究概况[J];变频器世界;2006年01期
4 徐殿国;高强;;电压源PWM变频器驱动系统负面效应及其对策研究(二)[J];变频器世界;2006年06期
5 张哲民;杨喜军;杨兴华;姜建国;;矩阵整流器输入与输出滤波器特性的研究[J];变频器世界;2009年11期
6 赵德申;胡应占;;基于SVPWM的异步电机矢量控制系统仿真[J];重庆职业技术学院学报;2007年06期
7 宋战锋;夏长亮;;基于定子磁链的双馈风力发电系统矩阵变换器调制策略[J];电力科学与技术学报;2009年03期
8 周海;匡礼勇;程序;崔方;;测风塔在风能资源开发利用中的应用研究[J];水电自动化与大坝监测;2010年05期
9 黄立培,浦志勇;大容量PWM逆变器对交流电机的轴电压和轴承电流的影响[J];电工电能新技术;2000年04期
10 浦志勇,黄立培,吴学智;三相PWM整流器空间矢量控制简化算法的研究[J];电工电能新技术;2002年02期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 韩京清;;控制系统鲁棒性与Gdel不完备性定理[A];1995年中国控制会议论文集(上)[C];1995年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李辉;基于矩阵变换器励磁的双馈型风力发电机并网运行控制策略研究[D];中南大学;2011年
2 孙尧;矩阵变换器若干关键问题研究[D];中南大学;2010年
3 胡胜;双馈型风力发电机在电网故障和不平衡条件下控制技术研究[D];华中科技大学;2012年
4 田淳;无位置传感器同步电机直接转矩控制理论研究与实践[D];南京航空航天大学;2002年
5 陈宏;基于重复控制理论的逆变电源控制技术研究[D];南京航空航天大学;2003年
6 韦鲲;永磁无刷直流电机电磁转矩脉动抑制技术的研究[D];浙江大学;2005年
7 王勇;矩阵变换器的空间矢量调制、系统集成及应用研究[D];浙江大学;2005年
8 黄科元;矩阵式变换器的空间矢量调制及其应用研究[D];浙江大学;2005年
9 粟梅;矩阵变换器—异步电动机高性能调速系统控制策略研究[D];中南大学;2005年
10 郭有贵;交—交矩阵变换器控制策略及提高电压传输比研究[D];中南大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘见;基于双级矩阵变换器的永磁同步电机矢量控制研究[D];中南大学;2011年
2 何晓妮;基于DSP的锂电池充放电系统研究[D];华南理工大学;2011年
3 李全春;应用于变速恒频发电系统的双级矩阵变换器的研究[D];南京航空航天大学;2011年
4 邓建;矩阵变换器调制机理与系统性能研究[D];华中科技大学;2011年
5 王建宽;基于TMS320C24x的矩阵变换器的SPWM控制策略[D];福州大学;2002年
6 卢娟;电压源型矩阵变换器的研究及其在统一潮流控制器中的应用[D];湖南大学;2004年
7 李路菁;基于DSP的永磁同步电机伺服系统的研究[D];南京航空航天大学;2005年
8 张国平;矩阵变换器的研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
9 肖春燕;电压空间矢量脉宽调制技术的研究及其实现[D];南昌大学;2005年
10 徐林鹏;高频链逆变电源设计[D];西北工业大学;2006年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 董锋斌;钟彦儒;;TSMC的一种建模方法[J];电力自动化设备;2011年12期
2 党存禄;赵鹏林;董瑞洪;;双级矩阵变换器空间矢量调制策略改进[J];工矿自动化;2013年06期
3 邓文浪;齐庭庭;李辉;龙美志;崔贵平;毛勇;郭有贵;;基于电流空间矢量预测控制的HFLMR研究[J];电力系统保护与控制;2013年14期
4 宋卫章;钟彦儒;王孝龙;汪丽娟;;基于改进型磁链观测器的TSMC-PMSM无速度传感器矢量控制系统研究[J];西安理工大学学报;2013年03期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 史明明;HESG-MC变速恒频分布式发电系统控制技术研究[D];南京航空航天大学;2012年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李文善;基于PI型迭代学习控制的永磁同步电机转矩脉动抑制策略[D];天津大学;2012年
2 陈晓娇;空调压缩机用无位置传感器电机控制器[D];吉林大学;2012年
3 翟玉千;双级矩阵变换器的异步电机直接转矩控制系统研究[D];兰州交通大学;2012年
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5 毛怡然;具有直流输出功能的矩阵变换器在变速恒频电源中的应用[D];南京航空航天大学;2012年
6 范元迪;基于DSP的永磁交流伺服系统设计及其在注塑领域的运用[D];华南理工大学;2012年
7 王康;嵌入式永磁同步电机无位置传感器控制研究[D];浙江大学;2013年
8 赵鹏林;双级矩阵变换器励磁的双馈电机软并网控制研究[D];兰州理工大学;2013年
9 张旭东;三相储能逆变电路设计与实现[D];电子科技大学;2013年
10 毛勇;基于优化换流策略的双级矩阵变换器试验研究[D];湘潭大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 杨德刚,刘润生,赵良炳;三相高功率因数整流器的电流控制[J];电工技术学报;2000年02期
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9 汤宁平,王建宽,吴汉光;矩阵变换器的SPWM控制技术及其实现[J];电工技术学报;2003年04期
10 朱成花,石健将,严仰光;直/直变换器输入滤波器的设计[J];电工技术学报;2004年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王建宽;基于TMS320C24x的矩阵变换器的SPWM控制策略[D];福州大学;2002年
【相似文献】
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1 葛红娟,穆新华,周波,张绍;用于永磁同步电动机矢量控制的矩阵变换器新型离散控制技术[J];电工技术学报;2005年04期
2 陈希有,韦奇;直接实现式矩阵变换器换流方法的改进[J];电气传动自动化;2000年01期
3 王辉,卢娟,杜建辉,张志学,王耀南;基于固定环宽的矩阵变换器的滞环电流控制策略的研究[J];湖南大学学报(自然科学版);2003年05期
4 王毅,陈希有,徐殿国;空间矢量调制矩阵变换器闭环控制的研究[J];中国电机工程学报;2003年06期
5 陈伯时;孟庆宗;Patrick W. Wheerler;Jose Rodrguez;;矩阵变流器:技术述评[J];电力电子;2003年01期
6 张华强,王新生,王立国,REZA Hadian,徐殿国;一种新颖的多电平矩阵变换器的建模与仿真[J];控制与决策;2004年10期
7 黄立培,邓毅晟;大容量变频调速技术[J];电工技术杂志;2001年06期
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9 王毅,陈希有,徐殿国;双电压合成矩阵变换器闭环控制的研究[J];中国电机工程学报;2002年01期
10 陈希有,陈学允;基于PARK变换的空间矢量调制矩阵变换器的暂态分析[J];中国电机工程学报;2000年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 林伟杰;刘栋良;吴秋轩;;基于矩阵变换器的永磁同步电机直接转矩控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
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3 罗培;朱建林;李利娟;;矩阵变换器的多电平电路拓扑结构与模型[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 朱建林;向礼丹;柳莎莎;张小平;;基于Zeta电路的一种新型矩阵变换器研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 粟梅;余岳;孙尧;桂卫华;;一种基于数学构造的矩阵变换器调制策略[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
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7 李明;马小平;陈斌;;矩阵变换器异步电机直接转矩控制系统研究[A];煤矿自动化与信息化——第19届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨中国矿业大学(北京)百年校庆学术会议论文集[C];2009年
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10 康现伟;于克训;刘志华;;CPLD在矩阵变换器半自然两步换流中的应用[A];湖北省电工技术学会2004年学术年会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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6 唐酿;矩阵变换器调制策略优化及应用分析[D];华北电力大学;2013年
7 史明明;HESG-MC变速恒频分布式发电系统控制技术研究[D];南京航空航天大学;2012年
8 王勇;矩阵变换器的空间矢量调制、系统集成及应用研究[D];浙江大学;2005年
9 郭有贵;交—交矩阵变换器控制策略及提高电压传输比研究[D];中南大学;2005年
10 汤宁平;矩阵变换器供电的交流励磁风力发电系统研究[D];福州大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 冀晓帆;间接式矩阵变换器的研制[D];北方工业大学;2010年
2 郑剑武;基于电流矢量的矩阵变换器—直接转矩控制系统研究[D];中南大学;2010年
3 彭阳辉;矩阵变换器在变速恒频风力发电中的应用[D];中南大学;2010年
4 郭传勇;矩阵变换器及其在风电系统中的应用[D];青岛大学;2010年
5 孟祥志;提高矩阵变换器电压传输比的控制策略研究[D];合肥工业大学;2010年
6 郭春来;间接矩阵变换器控制策略的研究[D];北方工业大学;2011年
7 杨贺升;间接矩阵变换器驱动异步电机调速系统的高性能控制策略研究[D];北方工业大学;2011年
8 杨亮;矩阵变换器的自抗扰闭环控制及实验研究[D];广东工业大学;2011年
9 杨佳丽;矩阵变换器控制策略及其在风力发电系统中的应用研究[D];广东工业大学;2011年
10 刚毅;矩阵变换器变频调速平台及仿真[D];华南理工大学;2011年
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