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矩阵变换器滑模变结构控制及应用

作　者: 张爱茂
导　师: 杨俊华
学　校: 广东工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 空间矢量调制 矩阵变换器 滑模变结构 闭环控制 无刷双馈风力发电机
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


风能是一种绿色无污染、开发价值较高的新能源,目前风能的主要利用形式是风力发电,大力发展风力发电技术对我国经济可持续发展有着重要的意义。矩阵变换器(MC)是一种新型的交-交功率变换器,拓扑结构简单,可实现AC/AC、DC/DC等多种变换、能够获得正弦输出电压和输入电流、输入功率因数可调、无中间储能环节、能量可双向流动、可实现真正的四象限运行等一系列优点。研究了矩阵变换器的工作原理、拓扑结构、换流技术、双向开关结构、功率传递等。分析了瞬时双电压合成法和空间矢量调制法,通过建模和仿真,比较研究了两类调制算法的优缺点。为抑制矩阵变换器输出电压及输入电流波形的畸变,提出一种空间矢量调制滑模变结构闭环控制方法；建立并简化了MC的状态空间模型,以开关规律和受控输出电压为变量设计滑模面；选择空间矢量形式,计算修正后电压空间幅值偏差以及矢量扇区角的幅角偏差；根据MC的实际输出电压和期望输出电压的大小,计算其对应的旋转电压空间矢量间的偏差,将此偏差通过滑模控制器处理后,作为负反馈加到下一采样周期的开关调制矩阵中,实现系统的闭环控制。利用Matlab/Simulink软件仿真分析了该控制系统的正确性。研究了矩阵变换器无功功率和有功功率能量传递的特点及其控制原理,分析了无刷双馈风力发电机基本原理,构建了MC励磁的无刷双馈风力发电系统实验平台,分别进行了亚同步、超同步的发电实验,仿真结果验证了系统的有效性和可行性。进行了矩阵变换器总体框架的设计,包括硬件部分和软件部分：硬件部分主要由主电路、缓冲电路、驱动电路、检测电路、滑模变结构控制器及数字信号处理器(DSP)复杂可编程逻辑器(CPLD)控制器电路。软件部分包括换流程序和DSP控制算法程序,通过样机进行实验研究,其结果验证了系统设计的正确性和可行性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
CONTENTS  10-12
第一章 绪论  12-20
  1.1 课题的背景和意义  12-13
  1.2 矩阵变换器的发展历史  13-14
  1.3 矩阵变换器国内外研究现状  14-18
    1.3.1 国外研究现状  15-17
    1.3.2 国内研究现状  17-18
  1.4 矩阵变换器在风力发电机系统中的应用  18-19
  1.5 本论文研究的主要内容与安排  19-20
第二章 矩阵变换器的基本理论  20-28
  2.1 矩阵变换器拓扑结构  20-21
  2.2 矩阵变换器的双向开关结构  21-23
  2.3 矩阵变换器的换流技术  23-25
    2.3.1 四步换流  23-25
    2.3.2 换流时间对MC性能的影响  25
  2.4 矩阵变换器的功率传递  25-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章 矩阵变换器的调制策略  28-40
  3.1 瞬时双电压合成法  28-35
    3.1.1 双电压合成法原理  28-33
    3.1.2 双电压合成开环仿真分析  33-35
  3.2 空间矢量调制法  35-38
    3.2.1 等效交-直-交变换器结构  35
    3.2.2 间接空间矢量的基本原理  35-38
    3.2.3 空间矢量仿真结果分析  38
  3.3 本章小结  38-40
第四章 矩阵变换器的滑模变结构控制系统  40-51
  4.1 滑模变结构控制的基本理论  40-45
    4.1.1 变结构控制的概念  40-41
    4.1.2 等效控制及滑模运动  41-42
    4.1.3 滑模变结构控制的基本方法  42-43
    4.1.4 变结构控制的基本问题  43-45
  4.2 滑模变结构的矩阵变换器系统模型  45-46
  4.3 滑模变结构电压控制器的设计  46-47
  4.4 滑模变结构电流控制器的设计  47-48
  4.5 矩阵变换器闭环控制系统  48-49
  4.6 仿真结果分析  49-50
  4.7 结论  50-51
第五章 无刷双馈风力发电系统的MC励磁控制  51-60
  5.1 无刷双馈电机数学模型  51-52
  5.2 矩阵变换器的能量传递研究  52-56
    5.2.1 空间矢量矩阵变换器的无功功率控制  52-56
    5.2.2 矩阵变换器能量的回馈  56
  5.3 矩阵变换器-无刷双馈风力发电系统实验平台  56-57
  5.4 实验结果及分析  57-59
  5.5 本章小结  59-60
第六章 矩阵变换器的设计与实现  60-66
  6.1 引言  60
  6.2 矩阵变换器的总体框架设计  60-63
    6.2.1 矩阵变换器硬件的设计  61-63
    6.2.2 矩阵变换器软件的设计  63
  6.3 矩阵变换器的实验研究  63-65
  6.4 本章小结  65-66
总结与展望  66-68
参考文献  68-75
攻读学位期间发表的论文  75-77
致谢  77

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器
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