矩阵变换器及其在风电系统中的应用

【摘要】： 矩阵变换器是一种新型交-交型变频器,它具有能量能够双向流通,可实现真正的四象限运行、不需要中间直流环节、输入/输出电流为正弦、输入功率因数可调等一系列优点,是电力电子技术研究的一个新方向。 本文首先简单介绍了三相-三相矩阵变换器的基本拓扑结构、双向开关构成及换流和其开关函数等问题,并分析了目前应用比较广泛的几种调制策略。然后结合矩阵变换器的实际电路结构,建立了其在三相坐标系及旋转坐标下的数学模型,并对推导出的开关矩阵进行研究,分析结果表明矩阵变换器不仅能够控制输出电压的幅值、相位和频率,而且还能够任意调节输入功率因数,起到静止无功补偿的作用。在此数学模型的基础上,本文建立了标量和双闭环两种闭环控制结构,并对基于固定环宽滞环电流控制的双闭环控制系统进行了仿真研究。仿真结果表明达到了实时控制的要求,矩阵变换器的输出电压和输入电流都为正弦波,减少了输出谐波分量,提高了输入电流品质。最后分析了风力机的数学模型,对比了目前采用的不同类型的变速恒频风力发电系统。在基于双馈发电机定子磁链定向的dq坐标系下,建立了基于矩阵变换器的双馈风力发电系统模型,并对此进行了仿真分析。仿真结果证明了矩阵变换器在双馈风力发电系统中应用的可行性和有效性。 【关键词】：矩阵变换器 双馈风力发电系统 调制策略 闭环控制结构 滞环电流控制
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM46;TM614
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-6
• 第一章 绪论6-12
• 1.1 研究矩阵变换器的重要意义6
• 1.2 矩阵变换器的研究现状6-8
• 1.3 矩阵变换器存在的问题和研究热点8-9
• 1.4 本课题的研究内容9-12
• 第二章 矩阵变换器的基本原理12-18
• 2.1 矩阵变换器的基本拓扑结构12
• 2.2 矩阵变换器的双向开关12-15
• 2.2.1 双向开关构成12-13
• 2.2.2 开关器件换流原理13-15
• 2.3 矩阵变换器的开关函数15-18
• 第三章 矩阵变换器的控制策略18-26
• 3.1 直接传递函数法18-20
• 3.1.1 AV方法18-19
• 3.1.2 AV方法的优化19-20
• 3.2 瞬时双电压控制策略20
• 3.3 空间矢量调制策略20-25
• 3.4 电流控制算法25-26
• 第四章 矩阵变换器的数学模型与闭环控制系统设计26-44
• 4.1 矩阵变换器的数学模型26-38
• 4.1.1 矩阵变换器实际电路结构26-27
• 4.1.2 矩阵变换器在三相坐标系下的数学模型27-34
• 4.1.3 矩阵变换器在旋转坐标系下的数学模型34-38
• 4.2 矩阵变换器的闭环控制系统设计38-42
• 4.2.1 基于标量控制的矩阵变换器闭环结构38-39
• 4.2.2 基于滞环电流控制的矩阵变换器双闭环控制结构39-42
• 4.3 仿真结果42-44
• 第五章 矩阵变换器在风力发电系统中的应用研究44-52
• 5.1 风力机的数学模型44-45
• 5.2 变速恒频风力发电系统方案对比45
• 5.3 基于定子磁链的矩阵变换器双馈风力发电系统45-49
• 5.3.1 双馈发电机数学模型46-47
• 5.3.2 矩阵变换器的数学模型47-48
• 5.3.3 磁链定向控制48-49
• 5.4 仿真结果49-52
• 总结与展望52-54
• 参考文献54-58
• 攻读硕士学位期间的研究成果58-60
• 附录60-62
• 致谢62-65

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