基于雙級矩陣變換器的交流起動-發(fā)電系統(tǒng)控制策略研究_.pdf

1、起動/發(fā)電系統(tǒng)革除了發(fā)動機(jī)的專用起動機(jī)，減少了機(jī)載設(shè)備的體積與重量，是當(dāng)前航空電源等獨立電源系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢。電力變換器是起動/發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其必須滿足能量雙向流動這一特性。由傳統(tǒng)矩陣變換器衍變而來的雙級矩陣變換器無直流儲能電容，具有緊湊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、優(yōu)越的輸入輸出性能、靈活的控制策略、能量雙向流動等特點。將雙級矩陣變換器引入起動/發(fā)電系統(tǒng)，有利于電力變換器與起動/發(fā)電機(jī)的集成，從而減小了系統(tǒng)的體積、降低了系統(tǒng)的重量、提高了系統(tǒng)效

2、率、降低了系統(tǒng)成本，使起動/發(fā)電系統(tǒng)更具發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。
　　本文采用了18開關(guān)的雙級矩陣變換器，前后兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不對稱，將起動/發(fā)電機(jī)置于雙級矩陣變換器的不同側(cè)，將構(gòu)成不同的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，直接影響到系統(tǒng)的控制策略。本文首先討論了系統(tǒng)可能的拓?fù)浞桨福⒎治隽烁魍負(fù)浞桨缚赡艽嬖诘膯栴}，通過仿真研究與對比分析了各方案的優(yōu)缺點與可行性，最終提出了系統(tǒng)采用基于切換電容組的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即將起動/發(fā)電機(jī)置于雙級矩陣變換器的前級（雙向開關(guān)側(cè)）

3、，并在雙級矩陣變換器的雙向開關(guān)側(cè)并聯(lián)一組可切換電容，起動運行時電容組不與系統(tǒng)相連，發(fā)電運行時再將電容組切入系統(tǒng)。所提出的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在起動以及發(fā)電運行時均能安全工作，且系統(tǒng)控制相對簡單、容易實現(xiàn)。
　　確定系統(tǒng)拓?fù)浜?，根?jù)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，本文分別對系統(tǒng)的起動運行、起動/發(fā)電切換運行以及發(fā)電運行三種工作狀態(tài)進(jìn)行了研究：首先分析了系統(tǒng)起動運行原理，從簡化控制算法角度出發(fā)，采用三相六拍控制方案起動，提出了起動運行時雙級矩陣變換器的調(diào)制策

4、略以及系統(tǒng)控制策略，利用仿真與實驗對所提策略進(jìn)行驗證；其次分析了系統(tǒng)起動/發(fā)電切換過程中各部件的運行狀態(tài)，提出了雙級矩陣變換器的切換控制策略以及系統(tǒng)起動/發(fā)電切換控制流程和控制時序，所提切換策略使系統(tǒng)的起動至發(fā)電過程得以安全切換；最后本文分析了系統(tǒng)發(fā)電運行原理，闡述了系統(tǒng)發(fā)電運行時功率變換器的調(diào)制策略，為了解決交流量難以跟蹤的問題，本文采用基于輸出電壓坐標(biāo)變換的電壓閉環(huán)控制策略，從而保證了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化或負(fù)載突變時系統(tǒng)的輸出性能。

5、>　　對系統(tǒng)起動運行時的雙級矩陣變換器調(diào)制策略進(jìn)行了詳細(xì)研究。針對目前常用的五種PWM調(diào)制模式，詳細(xì)分析了各調(diào)制模式對系統(tǒng)的影響，通過推導(dǎo)雙級矩陣變換器直流母線電流與開關(guān)函數(shù)間的數(shù)學(xué)關(guān)系，分析各調(diào)制模式對雙級矩陣變換器直流母線電流、換流安全和轉(zhuǎn)矩的影響，以及對電機(jī)非導(dǎo)通相端電壓、電流的影響，提出了不同調(diào)制模式下雙級矩陣變換器的安全運行策略并提出了優(yōu)化的雙級矩陣變換器調(diào)制策略，利用仿真與實驗對理論分析進(jìn)行驗證，經(jīng)過對比得到所提出的優(yōu)化PW

6、M_ON模式為最適合系統(tǒng)的起動調(diào)制策略的結(jié)論。
　　對系統(tǒng)發(fā)電運行時的功率因數(shù)進(jìn)行了研究。由于輸入電流的相位會受到濾波器參數(shù)、負(fù)載參數(shù)等系統(tǒng)參數(shù)的影響，無法實現(xiàn)單位功率因數(shù)，因此根據(jù)系統(tǒng)發(fā)電時的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)了電源側(cè)以及雙級矩陣變換器輸入側(cè)功率因數(shù)解析表達(dá)式，詳細(xì)分析了系統(tǒng)各參數(shù)對功率因數(shù)的影響，研究了功率因數(shù)的可調(diào)范圍，得出系統(tǒng)的調(diào)制比越低、濾波電容越大、輕載且感性負(fù)載成分越多時系統(tǒng)電源側(cè)輸入功率因數(shù)越低的結(jié)論，并提出了一種不依賴