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矩阵变换器及其在风电系统中的应用

作　者: 郭传勇
导　师: 原明亭
学　校: 青岛大学
专　业: 控制理论与控制工程
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
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-6
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

矩阵变换器及其在风电系统中的应用

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