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电压源型矩阵变换器的研究及其在风电系统中的应用

高平  
【摘要】:电压源型矩阵变换器是一种电气性能优越的新型变换器,它具有频率变化范围宽、网侧电流可控、功率因数可调、能量能双向流动等电气特性,是电力变换器研究的一个新方向。电压源型矩阵变换器作为高性能的变换器在交流变换领域将具有广阔的应用前景,可见对电压源型矩阵变换器的研究具有一定的实际意义。 论文首先对传统的9开关矩阵变换器的工作原理、开关器件的合成和换流问题以及控制策略进行分析。然后分别建立了电压源型矩阵变换器在三相坐标系和旋转坐标系下的数学模型,并且对电压源型矩阵变换器进行开环仿真,仿真的结果表明电压源型矩阵变换器能够实现频率范围很广的正弦波输入输出,而且通过调整电路参数使得输入侧的功率因数约为1,实现静止无功补偿器(SVC)的功能。为实现电压源型阵变换器的实时控制要求,论文对基于标量控制和双闭环的两种电压源型矩阵变换器闭环控制结构进行了研究,分别建立了这两种闭环控制的控制结构,并且对电压源型矩阵变换器的双闭环控制结构进行仿真,仿真结果表明达到了实时控制的要求,系统的动态响应性能好,变换器的输入输出能在较短的时间内达到调节。论文最后分析了变速恒频风力发电技术的最大风能捕获基本原理和不同类型交流电机变速恒频风力发电系统的研究现状和各系统的性能比较,研究了电压源型矩阵变换器实现变速恒频风力发电功率转换的电路结构,建立了电压源型矩阵变换实现变速恒频风力发电功率转换的控制结构,并且对电压源型矩阵变换器实现变速恒频风力发电功率转换的控制结构进行数字仿真。仿真的结果验证了电压源型矩阵变换器应用于变速恒频风力发电系统实现功率转换的可行性。


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