论文摘要：矩阵式变换器控制算法研究

与传统PWM技术的交－直－交变频器相比，矩阵变换器具有以下优点：能量双向流通，可实现四象限运行；正弦输入/输出电流；对任意负载输入功率因数为1；不需要直流储能元件等。随着工业生产过程中对电能质量和减少供电网络污染的要求不断提高，以及对电力变换器自身减小体积、降低成本的需求，矩阵式变换器技术将具有很好的应用前景。分布式发电具有投资省、损耗低、效率高、系统可靠性高、能源种类多等优点,将成为21世纪电力工业发展的方向之一，风力发电和微型燃气轮机发电两种类型最为主要，这两种方式均为变速恒频发电装置。本文从变速恒频出发，研究一种新型的矩阵变换器，可应用于新型风力发电、微型燃气轮机发电等变速恒频系统，在飞机、舰船、汽车等独立供电系统及启动发电系统上都有十分明确的应用目标。本文课题来源于北京航空航天大学青年创新基金：《矩阵式交流－交流电力变换器》。本文在传统的双空间矢量调制策略的基础上，提出了一种占空比简单算法及区间简单判断方法。此方法可根据参考电压直接计算空间矢量在各个扇区内的占空比，占空比仅由期望得到的输入相电流正弦量、输出线电压与输入相电压幅值之比这两项的数值乘积确定。不再进行正弦、反余切函数的计算，减少了运算步骤，提高运算速度；减少了中间变量引起的误差，提高了运算精度，使矩阵变换器的工程实现难度降低。本文简单介绍了三相四桥臂逆变器的基本概念和应用，在控制算法上首先对传统的 坐标系下的空间矢量调制做了简要的说明，并在此基础上详细论述了针对三相四桥臂逆变器所使用的在abc坐标系下的三维空间矢量调制方案。得出abc坐标系下的三维空间矢量调制比 坐标系下简单的结论：abc坐标系下的三维空间矢量调制区间判断无需坐标变换只计算RP值即可，占空比仅由输出参考矢量和直流电压构成。在三相平衡阻性负载、三相不平衡阻性负载、三相混合负载情况下做了仿真，为研究可带不平衡负载的矩阵变换器作了技术铺垫。本文提出了一种三相四桥臂矩阵式变换器，其拓扑结构与传统意义的m×n式的3×4矩阵式变换器拓扑相同，但功能不同：3×4矩阵式变换器是三相正弦输入，四相互差90度的正弦输出，而三相四桥臂矩阵式变换器是三相正弦输入，三相四线制正弦输出。并针对两种性能的矩阵式变换器的最大电压利用率进行了研究。提出了一种适用于三相四桥臂矩阵式变换器的新颖双空间矢量法。此方法采用虚拟“交－直－交”的控制思想，将三相四桥臂矩阵式变换器虚拟为一个整流器和一个三相四桥臂逆变器，分别计算出各自的占空比，再进行开关矢量合成。在三相平衡阻性负载、三相不平衡阻性负载、三相混合负载、及单相负载的情况下，对三相四桥臂矩阵式变换器做了仿真研究。这种新的矩阵变换器具备变压变频输入，可调恒压恒频输出功能，可带三相不平衡负载，为矩阵变换器应用在分布式发电系统开辟了新思路。本文针对矩阵式变换器功率传递和功率因数补偿方法做了研究，对调制比 和 两种情况下，无功功率调节的特性进行了分析；给出了功率因数调节的方法，论述了矩阵变换器输入LC滤波器产生的无功功率及对功率因数补偿校正，功率因数补偿矫正可减少无功功率在电网中的流动，降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗。通过公式推导及仿真得出以下结论：矩阵式变换器输入有功功率传输方向不受功率因数角 影响、矩阵变换器的输入输出侧的无功功率相互无关，其中输入侧无功功率是在输入LC滤波器与电网之间交换，输出侧的无功功率，是在负载端三相电路之间相互交换，无需从电网获得。

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