矩阵变换器及其在风电系统中的应用

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1、摘要矩阵变换器是一种新型交一交型变频器，它具有能量能够双向流通，可实现真正的四象限运行、不需要中间直流环节、输入／输出电流为正弦、输入功率因数可调等一系列优点，是电力电子技术研究的一个新方向。本文首先简单介绍了三相一三相矩阵变换器的基本拓扑结构、双向开关构成及换流和其丌关函数等问题，并分析了目前应用比较广泛的几种调制策略。然后结合矩阵变换器的实际电路结构，建立了其在三相坐标系及旋转坐标下的数学模型，并对推导出的开关矩阵进行研究，分析结果表明矩阵变换器不仅能够控制输出电压的幅值、相位和频率，而且还能

2、够任意调节输入功率因数，起到静止无功补偿的作用。在此数学模型的基础上，本文建立了标量和双闭环两种闭环控制结构，并对基于固定环宽滞环电流控制的双闭环控制系统进行了仿真研究。仿真结果表明达到了实时控制的要求，矩阵变换器的输出电压和输入电流都为证弦波，减少了输出谐波分量，提高了输入电流品质。最后分析了风力机的数学模型，对比了目前采用的不同类型的变速恒频风力发电系统。在基于双馈发电机定子磁链定向的幽坐标系下，建立了基于矩阵变换器的双馈风力发电系统模型，并对此进行了仿真分析。仿真结果证明了矩阵变换器在双馈风

3、力发电系统中应用的可行性和有效性。关键词：矩阵变换器；双馈风力发电系统；调制策略；闭环控制结构；滞环电流控制AbstractMatrixconverterisanewAC—ACconverter，whichhascompetitiveadvantagesthatbidirectionalflowingofpowercanbetrueinfourquadrantoperation，withoutintermediateDClink，input／outputcurrentsinusoidal，inpu

4、tpowerfactorcouldbecontrolled．SoMatrixconverteriSanewdirectionofPowerElectronicsTechnology．Thisarticlefirstbrieflyintroducesthematrixconverteraboutthebasiccircuittopology,theSynthesisofthebi．directionalswitch，currentcommutationandseveralcurrentwidelyu

5、sedmodulationstrategy．Thengivestheactualmatrixconvertercircuitandthematrixconvertermathematicsmodelhasbeensetupin3-phasestaticandcircumrotatecoordinatesystem．Theanalysisresultsonitsswitchmatrixshowthattheamplitude，phaseandfrequencyofoutputvoltageandin

6、putfundamentaldisplacementfactorofthematrixconverterisnotonlycouldbecontrolledfreely,butalsocanbeabletoadjustinputpowerfactorandplaystheroleofSVC．Basedonthemathematicalmodel，thispaperhasestablishedscalarquantityanddoubleclosed．100pcontrolstructure，and

7、thensimulationthedoubleclosed—loopcontrolstructurewithfixed．bandhysteresiscurrentcontrolstrategy．Simulationresultsshowthatinputsignalandoutputsignalarebothsinusoidal，andtheyalsoindicatethatthedoubleclosed--loopstructurecouldreduceoutputharmoniouswaves

8、，improvethecurrentquality．Finallythisarticleanalyzedthemathematicalmodelofwindturbine，comparedtothecurrentdifferenttypesofvariablespeedconstantfrequencywindpowersystems．Basedondoubly-f色dgenerator’Sstatorfluxorienteddgcoordinatesystem，thedouble