矩陣變換器—異步電動(dòng)機(jī)高性能調(diào)速系統(tǒng)控制策略研究.pdf

1、矩陣變換器是一種直接變換型交流—交流電力變換裝置，具有一些優(yōu)于傳統(tǒng)脈寬調(diào)制變頻器的特性，即能量雙向流通、正弦輸入與輸出電流、可控的輸入功率因數(shù)等，非常適合于應(yīng)用到交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速領(lǐng)域。在交流調(diào)速系統(tǒng)中，使用矩陣變換器驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)較好的傳動(dòng)性能，另一方面也可以滿足日益嚴(yán)格的電網(wǎng)電能質(zhì)量的要求。因此，矩陣變換器驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)被稱為下一代的交流電氣傳動(dòng)模式。 論文深入分析了矩陣變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，工作原理及直接空間矢

2、量調(diào)制策略，提出了一種補(bǔ)償輸入電壓不平衡的矩陣變換器調(diào)制策略。從統(tǒng)一的觀點(diǎn)出發(fā)，引入基于開關(guān)狀態(tài)的空間矢量描述的占空比矢量的概念，建立了涵蓋各種不同調(diào)制策略的矩陣變換器的統(tǒng)一非線性解析模型。 在矩陣變換器的實(shí)際應(yīng)用中，為了滿足電磁兼容性(EMC)的要求，通常在電源與開關(guān)矩陣之間接有輸入濾波器。輸入濾波器反過來會(huì)降低開關(guān)功率變換器的動(dòng)態(tài)性能，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定。論文深入分析了引入輸入濾波器導(dǎo)致動(dòng)態(tài)性能下降和潛在不穩(wěn)定的本質(zhì)原因；定量

3、分析了濾波器參數(shù)影響穩(wěn)定性的規(guī)律；從降低輸入濾波器的輸出阻抗的角度，提出了通過改變輸入濾波器的結(jié)構(gòu)來改善矩陣變換器輸入輸出電流質(zhì)量的方法，并在此基礎(chǔ)上，提出了一種改善矩陣變換器系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的虛擬電阻算法。該電阻算法就是在原調(diào)制算法的基礎(chǔ)上，僅僅增加了數(shù)字低通運(yùn)算，算法簡單，易于工程實(shí)現(xiàn)，并且不存在實(shí)際電阻的損耗。 在歸納、總結(jié)和完善矩陣變換器輸入濾波器的設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，提出了一種輸入濾波器的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法以

4、確保系統(tǒng)穩(wěn)定、諧波總畸變率低、避免開關(guān)頻率諧波電流造成濾波器諧振為約束，以工程費(fèi)用、基頻壓降、基波相移、功率穩(wěn)定裕量和阻尼電阻功耗為目標(biāo)。從數(shù)學(xué)分析的角度深入研究了輸入濾波器的作用機(jī)理，推導(dǎo)出各項(xiàng)性能指標(biāo)及約束條件的解析表達(dá)式。提出了采用改進(jìn)的基于Pareto最優(yōu)的非劣排序遺傳算法(Non-dominatedSortingGeneticAlgorithm-NSGA-Ⅱ)，并對(duì)此算法的約束處理作了改進(jìn)。 論證了基于傳統(tǒng)PI控制器的

5、矩陣變換器—異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的方案，建立了基于傳統(tǒng)PI控制器的矩陣變換器—異步電動(dòng)機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的大信號(hào)非線性狀態(tài)方程，分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性。提出并實(shí)現(xiàn)了基于自抗擾控制器的矩陣變換器—異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的控制策略，并對(duì)比分析了兩類控制器的控制效果。形成了包含有矩陣變換器的系統(tǒng)在建模、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)綜合等方面的理論體系。 在理論研究的基礎(chǔ)上，本論文建立了矩陣變換器—異步電動(dòng)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。其中包括開關(guān)矩陣