矩阵变换器的无功特性及控制研究

【摘要】摘要：矩阵变换器具备能量双向流动、正弦输入输出电流、输入功率因数可控、无需储能环节等一系列优良的电气特性,因而在变频调速、可再生能源发电和电能质量控制等领域具有广阔的应用前景。在一些特殊应用领域,除要求矩阵变换器产生高质量的输入电流、输出电压以外,还希望它能在最大范围内自由调节输入无功功率。然而,因结构特性等原因,矩阵变换器的输入无功与调制策略、电压传输比及负载性质等的关系较复杂,不可像双PWM变换器那样可独立调节。因此,本文主要对矩阵变换器的输入无功特性及控制问题展开深入研究。对于传统矩阵变换器拓扑,论文分析了几种经典调制算法的输入无功特性及相关约束条件,发现它们的输入无功控制范围均有不同程度的受限。对此,提出了一种基于数学构造思想的扩展无功调制策略。该策略通过构造一种含负载电流相位信息的无功调制矩阵,达到减弱输入无功功率对负载功率因数依赖的目的。相对经典调制算法,所提算法具有实现简单和输入无功范围大等优点。对于双级矩阵变换器拓扑,由于要求其中间直流电压须始终为正,因而它在空间矢量调制框架下的输入无功控制范围相对传统矩阵变换器拓扑更为受限。对此,根据等效原则,提出了一种整流、逆变同时采用‘相反矢量”代替原矢量的空间矢量合成方法(矢量倒置法),从而在一定程度上弥补了双级矩阵变换器的拓扑限制。虽然基于数学构造思想的扩展无功调制策略能大幅提高矩阵变换器的输入无功控制范围,但它无法直接应用于双级矩阵变换器。为此,提出了一种基于空间矢量合成的扩展无功调制策略。其基本思路是：首先对输出电压矢量和输入无功电流矢量进行独立空间矢量合成,再采用矢量倒置思想将上述两个合成过程进行“矢量合并”。相对于“脉冲合并”的调制策略,所提方法具有便于理解、计算量小以及输入无功控制范围更宽等特点。在双级矩阵变换器拓扑结构的基础上,提出了一种集成静止同步补偿器(STATCOM)功能的矩阵变换器新拓扑。论文阐述了该拓扑的结构特点及工作机理,并在此基础上提出了相应的调制算法,还分析了该拓扑在所提调制算法下的输入无功特性。理论上,该拓扑消除了矩阵变换器输入无功对输出电流的依赖,为矩阵变换器实现大范围输入无功控制提供了新思路。基于矩阵变换器的双馈风力发电系统的低电压跨失控制问题,实质也是矩阵变换器的无功控制问题。针对该问题,本文提出了一种基于矩阵变换器拓扑结构重构的解决方案。通过在双级矩阵变换器的直流环节中级联辅助开关电路,实现了双级矩阵变换器拓扑的结构重构。其工作原理是：电网电压正常时,辅助开关电路不工作；电网电压跌落时,立即通过触发辅助电路开关实现拓扑结构重组,即双级矩阵变换器被分解成功能上相互分离的电流型STATCOM和普通电压型逆变器。如此,该方案一方面向电网提供所需无功以支撑电网电压,另一方面能将双馈感应发电机的转子电流控制在合理水平,以确保矩阵变换器的安全运行。
【作者】李幸；
【导师】粟梅；
【作者基本信息】中南大学，控制科学与工程，2014，博士
【关键词】矩阵变换器；无功功率控制；调制策略；双馈感应电机；低电压跨失；

【参考文献】
[1]王金丽,李金元,徐腊元.大功率电力电子开关用于配电变压器无弧有载调压方案[J].电力系统自动化,2006,15:97-102.
[2]符皓.新世纪云南题材电影研究[D].南京师范大学,电影学,2012,硕士.
[3]郭瑞.增量式光电编码器莫尔条纹信号细分方法研究[D].南京航空航天大学,机械电子工程,2013,硕士.
[4]景浩.微博传播与互动的社会效应[D].山西师范大学,社会学,2014,硕士.
[5]袁林.义务教育背景下湖南省青少年运动员文化教育现状的调查与分析[D].湖南师范大学,运动训练（专业学位）,2014,硕士.
[6]杨再朝.用傅里叶变换实现起伏地形上观测重力异常的单一密度界面反演[J].石油地球物理勘探,1990,02:201-211.
[7]刘萌成,谢波,高玉峰,詹小丽.长期循环荷载作用下路基土累积残余变形模拟[J].土木工程学报,2013,10:135-142.
[8]魏轲.南极酵母重金属胁迫的蛋白组学及MT基因的克隆和分析[D].哈尔滨工业大学,微生物学,2014,硕士.
[9]王璐.黄河下游水沙演变及对湿地自然植被的影响研究[D].郑州大学,水利信息技术,2013,硕士.
[10]潘海成.微量钪锆复合对铝铁合金变质作用的电子理论研究[D].沈阳工业大学,材料加工工程,2013,硕士.
[11]韩峰.凯兴假日酒店市场开拓项目的服务营销策略研究[D].吉林大学,项目管理,2014,硕士.
[12]刘云云.顺应理论视角下语用失误的实证研究[D].中北大学,英语语言文学,2013,硕士.
[13]任楠楠.当前我国高校国家助学贷款研究[D].江西农业大学,教育经济与管理,2012,硕士.
[14]杨斌,潘德惠.关于Lurie型控制系统的鲁棒绝对稳定性[J].自动化学报,1998,06:100-103.
[15]张浩淼.硅藻土在造纸工业的应用—硅藻土用作除臭纸[D].大连工业大学,制浆造纸工程,2008,硕士.
[16]夏薇.DCTL物流园场站新业务系统的建设[D].大连海事大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[17]张伊琳.公路交通对栾川县旅游经济发展的影响研究[D].河南科技大学,农村与区域发展（专业学位）,2014,硕士.
[18]丁建刚.双（三氮唑甲基）苯柔性配体配位聚合物的合成、结构和性质研究[D].苏州大学,无机化学,2014,博士.
[19]赵鹏.农业银行基层员工激励策略研究[D].北方工业大学,工商管理,2014,硕士.
[20]邓勇.含风电场的电力系统机组优化调度研究[D].重庆大学,电气工程,2014,硕士.
[21]李舒文.多方参与的量子安全通信的一般性协议设计[D].苏州大学,电子与通信工程（专业学位）,2014,硕士.
[22]濮凤燕.思想政治教育视角下的大学生学习动机研究[D].南京航空航天大学,思想政治教育,2014,硕士.
[23]羊兰翠.家蚕细胞中miRNA的检测、过表达及上调miRNA潜在靶基因的筛选[D].浙江理工大学,生物化学与分子生物学,2012,硕士.
[24]徐光,陈和铁,杨节.冷连轧机计算机控制系统[J].冶金自动化,1999,02:38-40+55.
[25]赵丹丹.《婚姻法》司法解释（三）中房屋确权问题之探讨[D].新疆大学,法律,2013,硕士.
[26]戴俊豪.浙江省义务教育均等化发展的政府对策研究[D].浙江大学,2010.
[27]宋林君.电动钉枪性能试验方法及试验技术的研究[D].浙江工业大学,机械工程,2012,硕士.
[28]肖洁.论房屋租赁关系中权利冲突的认定及解决[D].吉林大学,法律,2013,硕士.
[29]张晓林.不同延迟条件下语音词的重复效应[D].首都师范大学,基础心理学,2013,硕士.
[30]宁丽丽.面向领域的预测分析方法及应用研究[D].哈尔滨工程大学,计算机软件与理论,2012,硕士.
[31]张芳.传承沈阳文化符号的城市品牌塑造研究[D].沈阳航空航天大学,设计艺术学,2013,硕士.
[32]黄建.大学生篮球运动员球商构成诸因素分析[D].湖南师范大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[33]陈琼.基于计算机视觉的ATM操作的异常行为检测[D].西安电子科技大学,计算机软件与理论,2012,硕士.
[34]苑学微.RANKL介导下颌功能性前伸后髁突骨改建的机制[D].河北医科大学,口腔医学（专业学位）,2013,硕士.
[35]刘玉洁.电针预处理对肝郁脾虚大鼠结肠IFN、IL-4蛋白表达影响的实验研究[D].辽宁中医药大学,针灸推拿,2012,硕士.
[36]丁楠,杨柳,丁莹,凌晨,潘有能.我国社会学期刊论文数据引用行为研究[J].图书与情报,2014,06:88-93.
[37]谭殷.孔子学院在美发展受阻原因研究[D].四川外国语大学,英语语言文学,2014,硕士.
[38]王琨.基于足底压力分析的多特征步态识别[D].安徽大学,信号与信息处理,2014,硕士.
[39]陈媛.论视唱练耳教学中审美价值的体现[D].湖南师范大学,音乐学,2013,硕士.
[40]卢丰.金融信贷与经济增长[D].山东大学,项目管理（专业学位）,2012,硕士.
[41]苗澍.蒙药荜茇宁的光谱分析方法及其与牛血清白蛋白相互作用的研究[D].内蒙古大学,化学,2014,硕士.
[42]梁晓峰,肖虎,贺立勇,王中飞.FTP实时质量监控技术[J].石油地球物理勘探,2008,S2:101-103+178+4.
[43]张引.行走中国[J].重庆与世界.2007(03)
[44]严许媖,杨丽琼.浙江工业大学学生网络行为偏好调查与研究[J].现代物业(中旬刊),2013,08:105-107.
[45]梁继仁.SD大鼠新生期联合暴露苯并芘和3，3’，4，4’，5，5’-六氯联苯对睾丸抗氧化酶和精子形成的影响[D].复旦大学,卫生毒理学,2012,硕士.
[46]索琳瑛.中国二十二冶施工项目造价及成本管理的研究[D].燕山大学,公共管理,2012,硕士.
[47]孟令飞.基于SOPC的图像融合系统[D].内蒙古大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[48]张云贞.中立型随机微分方程的输入状态稳定性的研究[D].中南民族大学,应用数学,2013,硕士.
[49]秦守启.陈组绶《诗经副墨》研究[D].安庆师范学院,中国古代文学,2013,硕士.
[50]吕昕.TTF-1、SPA表达与不同治疗方法对术后肺腺癌预后影响的探讨[D].浙江大学,内科学,2013,硕士.