矩陣變換器若干關(guān)鍵問題研究.pdf

1、矩陣變換器因其在結(jié)構(gòu)和功能上的諸多優(yōu)點(diǎn)，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ碾娏ψ儞Q裝置，是近年來的研究熱點(diǎn)。盡管關(guān)于矩陣變換器的研究成果很多，但依然存在一些重要問題未能十分滿意地解決，因此限制了矩陣變換器大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的步伐。這些問題包括調(diào)制策略復(fù)雜、系統(tǒng)成本高、穩(wěn)定性問題、非線性問題和無功功率問題等共性問題以及具體應(yīng)用問題。本文針對(duì)調(diào)制策略，非線性補(bǔ)償，系統(tǒng)穩(wěn)定性，衍生拓?fù)?-四腳矩陣變換器的調(diào)制與控制，以及矩陣變換器在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中的低成本應(yīng)用等

2、方面進(jìn)行了研究，并取得了系列進(jìn)展。論文的研究工作包括：
　　 在調(diào)制策略方面。一方面，將矩陣變換器的兩類典型的調(diào)制策略--雙電壓合成調(diào)制和空間矢量調(diào)制策略統(tǒng)一起來，從數(shù)學(xué)的角度證明了它們的一致性，并從開關(guān)序列安排、原點(diǎn)開關(guān)的基本概念、功率因數(shù)控制、共模電壓、輸入電壓不平衡抑制等方面揭示了兩種調(diào)制策略的一致性，使得這兩類調(diào)制策略中研究成果可以互為借鑒，相互促進(jìn)；另一方面，針對(duì)現(xiàn)有的調(diào)制策略中算法復(fù)雜等問題，提出了一種簡(jiǎn)單通用的基于

3、數(shù)學(xué)構(gòu)造的矩陣變換器調(diào)制策略，其核心在于調(diào)制矩陣的求解。根據(jù)虛擬整流、逆變過程，可初步得到一組滿足輸入輸出功能的過渡調(diào)制矩陣，然后在過渡調(diào)制矩陣的基礎(chǔ)上通過疊加偏置信號(hào)逐步構(gòu)造出既滿足輸入輸出關(guān)系又滿足物理約束的調(diào)制矩陣。該調(diào)制方法簡(jiǎn)單實(shí)用、電壓傳輸比高，通用性強(qiáng)，其通用性體現(xiàn)在偏置信號(hào)的選擇上，不同偏置信號(hào)的選擇對(duì)應(yīng)不同性能的調(diào)制策略。
　　 針對(duì)雙級(jí)矩陣變換器的非線性問題。論文首先深入分析了其非線性根源，發(fā)現(xiàn)窄脈沖、器件電壓

4、降、濾波電容電壓紋波以及死區(qū)等均是影響系統(tǒng)非線性的重要原因，而且它們與調(diào)制策略、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)密切相關(guān)。尤為重要的是，分析發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有經(jīng)典算法在理論上必然導(dǎo)致窄脈沖問題的出現(xiàn)，而窄脈沖對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行構(gòu)成隱患，同時(shí)還會(huì)引起輸入輸出波形畸變。為保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行和補(bǔ)償非線性所帶來的負(fù)面影響，本文提出了一種修正調(diào)制算法，克服了已有調(diào)制算法在實(shí)現(xiàn)上的固有缺陷，有效地避免了窄脈沖問題的出現(xiàn)。并提出保證脈沖局部對(duì)稱性的死區(qū)補(bǔ)償策略，提高了輸入輸出波

5、形質(zhì)量。
　　 矩陣變換器穩(wěn)定性問題是該系統(tǒng)的一個(gè)根本問題。在恒功率負(fù)載的情況下，矩陣變換器閉環(huán)調(diào)制可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。受阻抗比判據(jù)的啟發(fā)，本文提出了一種基于構(gòu)造的矩陣變換器穩(wěn)定化方法，即構(gòu)造適當(dāng)?shù)男拚?xiàng)以提高矩陣變換器的輸入阻抗進(jìn)而改善系統(tǒng)穩(wěn)定性，論文給出了構(gòu)造的依據(jù)和基本原則，并介紹了幾種不同類型的構(gòu)造示例。本文還揭示了前期研究人員對(duì)相關(guān)問題所提方法的本質(zhì)，并將本文的方法和它們進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)基于構(gòu)造的方法具有

6、足夠的自由度，能進(jìn)一步擴(kuò)大系統(tǒng)的穩(wěn)定域，且具有通用性。
　　 針對(duì)矩陣變換器驅(qū)動(dòng)不平衡負(fù)載時(shí)零、負(fù)序負(fù)載擾動(dòng)電流對(duì)輸出電壓的影響問題，本文提出一種基于載波調(diào)制的雙級(jí)四腳矩陣變換器解決方案。在調(diào)制策略層面，為了提高功率變換系統(tǒng)的綜合性能，提出了一種基于最優(yōu)馬爾可夫鏈的隨機(jī)載波四腳矩陣變換器調(diào)制策略。該調(diào)制策略是一種以隨機(jī)過渡矩陣為優(yōu)化變量，以開關(guān)次數(shù)和輸出電壓波形質(zhì)量為綜合優(yōu)化目標(biāo)的優(yōu)化調(diào)制策略，同時(shí)能一定程度地減輕電磁干擾問題。

7、在控制策略層面，通常的辦法是將系統(tǒng)分解為正序、負(fù)序以及零序部分，然后在各個(gè)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下分別采用PI調(diào)節(jié)器。顯然系統(tǒng)有多個(gè)控制器需要調(diào)節(jié)，而且坐標(biāo)變換繁雜。本文提出一種基于魯棒自適應(yīng)--反步控制法的控制方案，這是一種基于李亞普諾夫函數(shù)的遞推控制，可以嚴(yán)格保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，算法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。
　　 關(guān)于矩陣變換器在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用問題，本文提出了兩種新穎的低成本發(fā)電系統(tǒng)方案。第一種方案為基于超級(jí)疏松矩陣變換器的永磁同步發(fā)電機(jī)的