【摘要】：摘要：矩陣變換器具備能量雙向流動、正弦輸入輸出電流、輸入功率因數(shù)可控、無需儲能環(huán)節(jié)等一系列優(yōu)良的電氣特性,因而在變頻調(diào)速、可再生能源發(fā)電和電能質(zhì)量控制等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在一些特殊應(yīng)用領(lǐng)域,除要求矩陣變換器產(chǎn)生高質(zhì)量的輸入電流、輸出電壓以外,還希望它能在最大范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)輸入無功功率。然而,因結(jié)構(gòu)特性等原因,矩陣變換器的輸入無功與調(diào)制策略、電壓傳輸比及負(fù)載性質(zhì)等的關(guān)系較復(fù)雜,不可像雙PWM變換器那樣可獨立調(diào)節(jié)。因此,本文主要對矩陣變換器的輸入無功特性及控制問題展開深入研究。 對于傳統(tǒng)矩陣變換器拓?fù)?論文分析了幾種經(jīng)典調(diào)制算法的輸入無功特性及相關(guān)約束條件,發(fā)現(xiàn)它們的輸入無功控制范圍均有不同程度的受限。對此,提出了一種基于數(shù)學(xué)構(gòu)造思想的擴展無功調(diào)制策略。該策略通過構(gòu)造一種含負(fù)載電流相位信息的無功調(diào)制矩陣,達到減弱輸入無功功率對負(fù)載功率因數(shù)依賴的目的。相對經(jīng)典調(diào)制算法,所提算法具有實現(xiàn)簡單和輸入無功范圍大等優(yōu)點。 對于雙級矩陣變換器拓?fù)?由于要求其中間直流電壓須始終為正,因而它在空間矢量調(diào)制框架下的輸入無功控制范圍相對傳統(tǒng)矩陣變換器拓?fù)涓鼮槭芟�。對�?根據(jù)等效原則,提出了一種整流、逆變同時采用 ‘相反矢量”代替原矢量的空間矢量合成方法(矢量倒置法),從而在一定程度上彌補了雙級矩陣變換器的拓?fù)湎拗�。雖然基于數(shù)學(xué)構(gòu)造思想的擴展無功調(diào)制策略能大幅提高矩陣變換器的輸入無功控制范圍,但它無法直接應(yīng)用于雙級矩陣變換器。為此,提出了一種基于空間矢量合成的擴展無功調(diào)制策略。其基本思路是：首先對輸出電壓矢量和輸入無功電流矢量進行獨立空間矢量合成,再采用矢量倒置思想將上述兩個合成過程進行“矢量合并”。相對于“脈沖合并”的調(diào)制策略,所提方法具有便于理解、計算量小以及輸入無功控制范圍更寬等特點。 在雙級矩陣變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出了一種集成靜止同步補償器(STATCOM)功能的矩陣變換器新拓?fù)�。論文闡述了該拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)特點及工作機理,并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的調(diào)制算法,還分析了該拓?fù)湓谒嵴{(diào)制算法下的輸入無功特性。理論上,該拓?fù)湎司仃囎儞Q器輸入無功對輸出電流的依賴,為矩陣變換器實現(xiàn)大范圍輸入無功控制提供了新思路。 基于矩陣變換器的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓跨失控制問題,實質(zhì)也是矩陣變換器的無功控制問題。針對該問題,本文提出了一種基于矩陣變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重構(gòu)的解決方案。通過在雙級矩陣變換器的直流環(huán)節(jié)中級聯(lián)輔助開關(guān)電路,實現(xiàn)了雙級矩陣變換器拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)重構(gòu)。其工作原理是：電網(wǎng)電壓正常時,輔助開關(guān)電路不工作；電網(wǎng)電壓跌落時,立即通過觸發(fā)輔助電路開關(guān)實現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重組,即雙級矩陣變換器被分解成功能上相互分離的電流型STATCOM和普通電壓型逆變器。如此,該方案一方面向電網(wǎng)提供所需無功以支撐電網(wǎng)電壓,另一方面能將雙饋感應(yīng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流控制在合理水平,以確保矩陣變換器的安全運行。
【圖文】：

按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類，通常可將矩陣變換器劃分為直接交-交變換型和間接交-直-交變換型[33].[34]兩種，其中，最具代表性的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分別如圖1-1、圖1-2所示。它們功能、特性一致，，但在電路結(jié)構(gòu)、調(diào)制策略、換流方式等方面有著明顯的區(qū)別。 ^ 、 ^十=—‘~^ ‘上Load——h t-i .電網(wǎng)丨——N丨 吾V _i_ J ]廠 z 輸入濾波器 —cn 廠圖1-1交-交變換型矩陣變換器I,: 、1 -I 恅-I 4 4 4oHSh-K^*——■"“M~ Load_ (、c

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