矩陣變換器—異步電動機高性能調(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，非常適合于應用到交流電動機調(diào)速領域。在交流調(diào)速系統(tǒng)中，使用矩陣變換器驅(qū)動異步電動機，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)較好的傳動性能，另一方面也可以滿足日益嚴格的電網(wǎng)電能質(zhì)量的要求。因此，矩陣變換器驅(qū)動異步電動機系統(tǒng)被稱為下一代的交流電氣傳動模式。 論文深入分析了矩陣變換器的拓撲結構，工作原理及直接空間矢

2、量調(diào)制策略，提出了一種補償輸入電壓不平衡的矩陣變換器調(diào)制策略。從統(tǒng)一的觀點出發(fā)，引入基于開關狀態(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。 在矩陣變換器的實際應用中，為了滿足電磁兼容性(EMC)的要求，通常在電源與開關矩陣之間接有輸入濾波器。輸入濾波器反過來會降低開關功率變換器的動態(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致動態(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構來改善矩陣變換器輸入輸出電流質(zhì)量的方法，并在此基礎上，提出了一種改善矩陣變換器系統(tǒng)動態(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)制算法的基礎上，僅僅增加了數(shù)字低通運算，算法簡單，易于工程實現(xiàn)，并且不存在實際電阻的損耗。 在歸納、總結和完善矩陣變換器輸入濾波器的設計原則的基礎上，提出了一種輸入濾波器的多目標優(yōu)化設計方法。該方法以

4、確保系統(tǒng)穩(wěn)定、諧波總畸變率低、避免開關頻率諧波電流造成濾波器諧振為約束，以工程費用、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。從數(shù)學分析的角度深入研究了輸入濾波器的作用機理，推導出各項性能指標及約束條件的解析表達式。提出了采用改進的基于Pareto最優(yōu)的非劣排序遺傳算法(Non-dominatedSortingGeneticAlgorithm-NSGA-Ⅱ)，并對此算法的約束處理作了改進。 論證了基于傳統(tǒng)PI控制器的

5、矩陣變換器—異步電動機矢量控制系統(tǒng)的方案，建立了基于傳統(tǒng)PI控制器的矩陣變換器—異步電動機矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的大信號非線性狀態(tài)方程，分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)特性。提出并實現(xiàn)了基于自抗擾控制器的矩陣變換器—異步電動機矢量控制系統(tǒng)的控制策略，并對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。 在理論研究的基礎上，本論文建立了矩陣變換器—異步電動動機系統(tǒng)的實現(xiàn)方案。其中包括開關矩陣