MMMC高压变频系统的输入输出影响分析及控制研究.doc

绪论 本文的研究背景和研究意义 经济的快速发展能源生产和消耗节能已成为与能源开发同等重要的另一课题。 交流电力变换器是交流变频调速系统中的核心部分，具有变换电能频率的能力。电力变换器根本上是由电力电子器件按照一定的电路拓扑结构组装。对当前应用广泛的交流电力变换器进行分类。按工作原理，分为分成交-直-交型和交-交型两种。大电容或者大电感作为直流储能是交-直-交型电力变换器的必要环节，该变换器存在输入功率因数低、输入电流谐波含量大这些缺点的同时，该变换器体积大、重量重、不易维护。交-直-交型电力变换器无法提供能量的双向流动，所以当电动机工作在制动运行状态时，大量的电能无法回馈电网消耗在制动电阻上，造成电能浪费。传统的交-交型电力变换器由于可以实现四象限运行，常用于大功率低速重载调速系统，但在实际应用中仍有不足，如输出频率范围窄、输入功率因数低、消耗无功功率较多等。 以其简单的拓扑结构及许多的理想特性，矩阵变换器作为一种新型交流电力变换器已成为国内外变频技术研究的重点。矩阵变换器被认为可以很好的解决当前的电网污染问题，使其具有巨大的研究价值和应用前景。目前，广泛应用于交流变频传动领域的变换器主要是：交- 直- 交电压型变换器和低速高压大功率的相控式交- 交变换器，但均会对电网造成谐波污染。矩阵变换器利用双向开关阵列直接实现电能从输入到输出的转换，使其具有以下特点：不会对电网产生谐波污染，能够对电网进行无功补偿，通过采用不同的控制策略实现整流、逆变、斩波及变频等功能。 综上，矩阵变换器与传统的变换器相比，具备以下优点[2] [3]： (1)输入到输出的直接转换，使变换器获得接近正弦波形的输入和输出波形，且谐波含量较小、失真度低，同时减小输入电流的谐波，降低对电网的污染； (2) 矩阵变换器的拓扑结构中无中间直流环节，因此电路不需要大容量电容，开关动态响应快，易模块化； (3)实现交-交直接变换，满足四象限运行，在电机制动时，由于实现电能的双向流动，可向电网返回一部分能量，减少电能浪费； (4)具有多种控策略，各有优势，如双空间矢量控制可实现输出幅值、频率和网侧功率因数的独立控制； (5) 输入功率因数可调，期望输出频率可高于或低于输入频率。 矩阵变换器的研究现状和发展趋势 一种新型交-交变频器，矩阵变换器由双向开关组成，理论上实现交流电幅值、频率、相位的可以任意相输入到任意相输出。其电路拓扑形式被L Gyugyi和B R Pelly在1976年提出，直到1979年，交-交矩阵变换器变换技术的可行性M Ventutini和A Alesina在理论上，矩阵变换器的迅速发展。多年来，矩阵变换器国内外学者进行了一系列研究，取得了，尤其是在控制方法及其应用研究方面所取得成果。 1983 年，Rodriguez 提出了矩阵变换器在理论上等效为整流器和逆变器的虚拟连接，基于虚拟直流环节的间接传递函数调制方法，对双向开关进行调制将脉宽调制技术分别应用于虚拟整流器和虚拟逆变器上。且Braun和 Rodriguez分别于 1983 年和 1985 年对矩阵变换器空间矢量调制控制；1989-1995 年间，矩阵变换器的控制间接传递函数方法和空间矢量调制的概念Huber L 和 Borojevic，实现了输入输出波形输入功率因数。 19年提出了双电压控制法。该调制方法1989 年， Oyama 坐标变换法、谐波注入法、电流滞环控制法等空间矢量控制法、双电压控制所矩阵式变换器理论和控制技术成熟。 ，国内外学者针对矩阵变换器输入不对称开展一系列的研究。在国外，1998年针对输入、输出非平衡情况，Domenico Casadei、Giovanni Serra借助于空间矢量调制法对交-交矩阵变换器性能进行就其对输入电流谐波含量影响进行了比较分析，提出了输入电流相位角的两种控制策略。2000年基于空间矢量调制，R Petrocelli、B A Zahawi、C Liu给出了一种适用于非平衡输入或某相失效的情况占空比计算的新方法。2001年在空间矢量调制策略的基础上日本安川电机公司的研究人员Jun-Koo Kang Hara、H Yamamoto就交-交矩阵变换器消除输入电流谐波和改善输出性能。伊朗学者S H Hosseini、E B2003年通过仿真验证矩阵变换器在输入不平衡或者畸变的情况下提出了一种最小平方差法，输出仍然保持平衡和正弦。2006 年使矩阵变换器在输入非平衡条件下输出平衡伊朗学者 Dastfan 和 Haghshenas对 Venturini 方法根据正负序分量的思想的调制函数进行了改变。 在国内，哈尔滨工业大学 2000年陈希有教授分析不对称电压输入情况下的空间矢量控制的影响，提出一种改进调制策略输入负序分量虚拟整流调制矢量中，输出电压的谐波含量及不