矩陣變換器的無功特性及控制研究.pdf

1、中圖分類號工叢魚壘UDC血阻博士學位論文學校代碼至Q墨呈墨密級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：學科專業(yè)：研究方向：學院(系、所)：指導教師：李幸控制科學與工程電力電子控制信息科學與工程粟梅教授論文答辯日期絲生：苧：!壘答辯委員會主席——中南大學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、正弦輸入輸出電流、輸入功率因數可控、無需儲能環(huán)節(jié)等一系列優(yōu)良的電氣特性，因而在變頻調速、可再生能源發(fā)電和電能質量控制等領域具有廣闊的應用前景。在一些特殊應用領域，除要求矩陣變換器產生高質量的輸入電流、輸出電壓以外，還希望它能在最大范圍內自由調節(jié)輸入無功功率。然而，因結構特性等原因，矩陣變換器的輸入無功與調制策略、電壓傳輸比及負載性質等的關系較復雜，不可像雙PWM變換器那樣可獨立調節(jié)。因此，本文主要對矩陣變換器的輸入無功特性及控

3、制問題展開深入研究。對于傳統(tǒng)矩陣變換器拓撲，論文分析了幾種經典調制算法的輸入無功特性及相關約束條件，發(fā)現它們的輸入無功控制范圍均有不同程度的受限。對此，提出了一種基于數學構造思想的擴展無功調制策略。該策略通過構造一種含負載電流相位信息的無功調制矩陣，達到減弱輸入無功功率對負載功率因數依賴的目的。相對經典調制算法，所提算法具有實現簡單和輸入無功范圍大等優(yōu)點。對于雙級矩陣變換器拓撲，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制框架

4、下的輸入無功控制范圍相對傳統(tǒng)矩陣變換器拓撲更為受限。對此，根據等效原則，提出了一種整流、逆變同時采用“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了雙級矩陣變換器的拓撲限制。雖然基于數學構造思想的擴展無功調制策略能大幅提高矩陣變換器的輸入無功控制范圍，但它無法直接應用于雙級矩陣變換器。為此，提出了一種基于空間矢量合成的擴展無功調制策略。其基本思路是：首先對輸出電壓矢量和輸入無功電流矢量進行獨立空間矢量合成，

5、再采用矢量倒置思想將上述兩個合成過程進行“矢量合并”。相對于“脈沖合并”的調制策略，所提方法具有便于理解、計算量小以及輸入無功控制范圍更寬等特點。在雙級矩陣變換器拓撲結構的基礎上，提出了一種集成靜止同步補償器(S丑玎COM)功能的矩陣變換器新拓撲。論文闡述了該拓撲的結構特點及工作機理，并在此基礎上提出了相應的調制算法，還分析了該拓撲在所提調制算法下的輸入無功特性。理論上，該拓撲消除了矩陣變換器輸入無功對輸出電流的依賴，為矩陣變換器實現大