矩陣變換器的無功特性及控制研究.pdf

1、中圖分類號(hào)工叢魚壘UDC血阻博士學(xué)位論文學(xué)校代碼至Q墨呈墨密級(jí)公玨矩陣變換器的無功特性及控制研究ReactivePowerCharacteristicsandControlforMatrix／1乙onverter作者姓名：學(xué)科專業(yè)：研究方向：學(xué)院(系、所)：指導(dǎo)教師：李幸控制科學(xué)與工程電力電子控制信息科學(xué)與工程粟梅教授論文答辯日期絲生：苧：!壘答辯委員會(huì)主席——中南大學(xué)2014年4月矩陣變換器的無功特性及控制研究摘要：矩陣變換器具備能量

2、雙向流動(dòng)、正弦輸入輸出電流、輸入功率因數(shù)可控、無需儲(chǔ)能環(huán)節(jié)等一系列優(yōu)良的電氣特性，因而在變頻調(diào)速、可再生能源發(fā)電和電能質(zhì)量控制等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在一些特殊應(yīng)用領(lǐng)域，除要求矩陣變換器產(chǎn)生高質(zhì)量的輸入電流、輸出電壓以外，還希望它能在最大范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)輸入無功功率。然而，因結(jié)構(gòu)特性等原因，矩陣變換器的輸入無功與調(diào)制策略、電壓傳輸比及負(fù)載性質(zhì)等的關(guān)系較復(fù)雜，不可像雙PWM變換器那樣可獨(dú)立調(diào)節(jié)。因此，本文主要對(duì)矩陣變換器的輸入無功特性及控

3、制問題展開深入研究。對(duì)于傳統(tǒng)矩陣變換器拓?fù)?，論文分析了幾種經(jīng)典調(diào)制算法的輸入無功特性及相關(guān)約束條件，發(fā)現(xiàn)它們的輸入無功控制范圍均有不同程度的受限。對(duì)此，提出了一種基于數(shù)學(xué)構(gòu)造思想的擴(kuò)展無功調(diào)制策略。該策略通過構(gòu)造一種含負(fù)載電流相位信息的無功調(diào)制矩陣，達(dá)到減弱輸入無功功率對(duì)負(fù)載功率因數(shù)依賴的目的。相對(duì)經(jīng)典調(diào)制算法，所提算法具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單和輸入無功范圍大等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于雙級(jí)矩陣變換器拓?fù)?，由于要求其中間直流電壓須始終為正，因而它在空間矢量調(diào)制框架

4、下的輸入無功控制范圍相對(duì)傳統(tǒng)矩陣變換器拓?fù)涓鼮槭芟蕖?duì)此，根據(jù)等效原則，提出了一種整流、逆變同時(shí)采用“相反矢量”代替原矢量的空間矢量合成方法(矢量倒置法)，從而在一定程度上彌補(bǔ)了雙級(jí)矩陣變換器的拓?fù)湎拗?。雖然基于數(shù)學(xué)構(gòu)造思想的擴(kuò)展無功調(diào)制策略能大幅提高矩陣變換器的輸入無功控制范圍，但它無法直接應(yīng)用于雙級(jí)矩陣變換器。為此，提出了一種基于空間矢量合成的擴(kuò)展無功調(diào)制策略。其基本思路是：首先對(duì)輸出電壓矢量和輸入無功電流矢量進(jìn)行獨(dú)立空間矢量合成，

5、再采用矢量倒置思想將上述兩個(gè)合成過程進(jìn)行“矢量合并”。相對(duì)于“脈沖合并”的調(diào)制策略，所提方法具有便于理解、計(jì)算量小以及輸入無功控制范圍更寬等特點(diǎn)。在雙級(jí)矩陣變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了一種集成靜止同步補(bǔ)償器(S丑玎COM)功能的矩陣變換器新拓?fù)?。論文闡述了該拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的調(diào)制算法，還分析了該拓?fù)湓谒嵴{(diào)制算法下的輸入無功特性。理論上，該拓?fù)湎司仃囎儞Q器輸入無功對(duì)輸出電流的依賴，為矩陣變換器實(shí)現(xiàn)大