矩阵变换器及其在无刷双馈风力发电中的应用研究

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1、摘要摘要矩阵变换器属于交交直接变换，省去了中间直流环节，能量可双向流动，是一种新型结构的“绿色”功率变换器。由能双向导通的双向开关组成，能同时提供正弦变化的输入电流和输出电压，可实现输出电压幅值、频率和网侧功率因数的独立控制，越来越受到功率变换研究的关注。无刷双馈风力发电系统能较好地实现变速恒频发电，实现风能的最大捕获，且体积较小，可靠性较高。无刷双馈电机是一种结构特殊的异同步电机，没有滑环和电刷，结构坚固可靠，十分适合于风电发电等恶劣的工作环境。在无刷双馈风力发电系统中，功率变换器仅与控制绕组相连接，通过相对小容量的双向变频装置调节发电机的频率调节。因此由矩阵变换器

2、控制励磁的无刷双馈风力发电系统，是矩阵变换器的一个重要应用方向。论文研究分析了矩阵变换器和无刷双馈风力发电的相关背景、研究情况、结构和工作原理等。深入分析了矩阵变换器调制算法和换流方式两个难点，对主要的调制策略进行Matlab／Simulink建模和仿真，并运用到实际研制样机当中。研究了无刷双馈发电机的控制方式、转子速模型及变速恒频发电的控制理论，得出矩阵变换器在无刷双馈风力发电中应用的要求。为了进一步研究矩阵变换器的原理，制作了一套功率为5kW的矩阵变换器实验样机，搭建了矩阵变换器励磁控制的无刷双馈风力发电模拟实验平台，进行了相关实验测试。研究分析了矩阵变换器的原理

3、结构、系统仿真、硬件设计制作、j软件编程控制等，并进行了相关的实验工作，验证矩阵变换器设计的正确性以及在无刷双馈风力发电中应用的可行性，为矩阵变换器的实际应用提供了相关的实验根据。本文的研究工作，得到国家自然科学基金重点项目(60534040)：“分散式风力．太阳能发电系统的混合控制研究”，粤港关键领域重点突破项目(A10506003)，广东省科技计划(A10502004)的资助。关键词：矩阵变换器：无刷双馈发电机；变速恒频风力发电系统；数字信号处理器(DSP)；复杂可编程逻辑器件(CPLD)；风力发电模拟实验平台ABSTRAcTABSTRACTMatrixConve

4、rterisanewtypeof‘‘Green'’powerconverter．ItdirectconvertfromACtoAC，omitsthesegmentofDC，hasthecapabilityofbi—directionalpowerflow．Constructedbythebi—directionalswitchthatcallbi-directionalconduct，MCcanprovideasinemputcurrentandoutputvoltage，alsocancontroltheamplitudeandfrequencyoftheoutpu

5、tvoltageandtheinputpowerfactorindependently．Itbecametheresearchfocusofpowerconvert．Thebrushlessdoubly-fedwindpowerCanrealizedthevariablespeedconstantfrequencywindpowerpreferably,alsomaximumthewindenergycapturing，minimumthesize，andimprovethereliability．Brushlessdoubly-fedgeneratorisaspec

6、ialtypeofinductionmotor．Itabofishesthebmshandslipring，solidityandreliability,suitforsevereenvironmentsuchaswindpower．Inthebrushlessdoubly-fedwindpowersystem,powerconverterconnectsthecontrolwinding．Itneedsrelativelowcapacitytoregulatethefrequencyofgenerator．Therefore，oneimportantapplicat

7、ionofMCisbrushlessdoubly—fedwindpower．ThispaperanalysisesthebackgroundandtherelatedprincipleofMCandBDFGMakeafurtherresearchofmodulatemethodandcommutationstrategy,builtupthecontrolmodelandsimulateitbyMatlab／Simulink．Afterconcludedthecontrolmethodandtherotor-ratemodelofthebrushle