矩阵变换器的研究及在无刷双馈风力发电系统中的应用

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1、摘要摘要矩阵变换器(MC)是一种直接交一交功率变换器件，具有输入功率因数可调、能量双向流动、正弦输入正弦输出等优点，在双馈型调速及风力发电机组中具有重大的实际应用价值。在分析双电压合成控制策略的基础上，构建了基于双电压合成控制策略的矩阵变换器仿真模型，给出了四种不同平衡状态下，矩阵变换器不同频率的输出线电压、相电流及相电流频谱分析仿真结果，验证了双电压合成控制策略良好的抗干扰能力。研究分析了间接空间矢量控制策略，构建了基于间接空间矢量的矩阵变换器仿真模型，给出了在不同功率因数角下，矩阵变换器输入电压电流、输出电压电流仿真结

2、果，验证了通过改变输入功率因数角，实现矩阵变换器的能量双向流动。提出了基于广义预测方法的矩阵变换器电流环控制方案，解决了矩阵变换器输出侧电流易受负载扰动影响的问题。推导了输出侧电压电流方程，建立起矩阵变换器的受控自回归积分滑动平均模型，通过park变换，将输出电流分解成d-q坐标下的直流分量。基于广义预测控制策略，设计输出侧电流闭环控制器，跟踪期望电流d,q分量，维持输出电流的空间矢量恒定，以消除内外扰动和不平衡的影响。仿真结果表明控制方案可获得良好的动态特性，对输出扰动抑制效果显著。改进了矩阵变换器采样电路的设计。设计了

3、基于双电压合成和基于空间矢量的矩阵变换器软件设计：从主程序、周期中断服务程序、比较中断服务程序三个方面分析了DSP软件的设计；为方便软件的实现，改进了扇区求取的方法；实现了CPLD软件部分的四步换流策略。在矩阵变换器样机上，进行了相关实验，实验结果验证了硬件改进的合理性和软件设计的可行性。研究了无刷双馈风力发电机(BDFWG)变速恒频发电方案，构建了矩阵变换器励磁的无刷双馈风力发电系统实验平台，进行了亚同步和超同步发电实验，实验结果验证了MC励磁BDFWG的可行性。关键词：矩阵变换器；双电压合成控制策略；间接空间矢量控制策

4、略；广义预测控制策略；无刷双馈风力发电系统ABSTRACTMatrixconverters,withthecharactersofcontrollable如putpowerfactor,bidirectionalpowerflow；sinusoidalinput／outputcurrent，areAC-ACpowerconverter．Thematrixconverterhasagreatvalueinthebrushlessdouble—fedwindgeneratorpowersystem．Thebasictheory

5、oftheline—to-linevoltagessynthesisstrategyisanalyzed．AmatrixconvertersimulationplatformhasbeenconstructedbasedonMatlab／Simulink．Thenvariouswavefonnsofompmlinevoltages，ompmcurrent，currentspectroscopicanalysisetcunderunbanlancedinputandimbanlancedloadcaseareVesented

6、，whichreachaconclusionthatthealgorithmhasstrongantijammingability．Theindirectspacevectorstrategyisanalyzed，aswellasaMatlab／Simulinksimulationmodeliserectedandtheinputvoltage,哪current，outputvoltageandoutputcurrentarepresentinthedifferentpowerfactorangle．Inconclusio

7、nbidirectionalpowerflowofthematrixconvertercanherealizedthroughcontrollingtheinputpowerfactor．Acurrentcontrollerbasedongeneralizedpredictivecontrol(GPC)ispresentedformatrixconverter(MC)whichissusceptibletointerferencebytheloadontheoutput．ACARIMAmodelofmatrixconver

8、terwasestablishedbasedontheanalysisofequationforoutputcurrentsandoutputvoltages．WithParktransformation,theoutputcurrentsweredecomposedintotwodirectcurre