基于雙級(jí)矩陣變換器的交流起動(dòng)-發(fā)電系統(tǒng)控制策略研究_.pdf

1、起動(dòng)/發(fā)電系統(tǒng)革除了發(fā)動(dòng)機(jī)的專用起動(dòng)機(jī)，減少了機(jī)載設(shè)備的體積與重量，是當(dāng)前航空電源等獨(dú)立電源系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢(shì)。電力變換器是起動(dòng)/發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其必須滿足能量雙向流動(dòng)這一特性。由傳統(tǒng)矩陣變換器衍變而來(lái)的雙級(jí)矩陣變換器無(wú)直流儲(chǔ)能電容，具有緊湊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、優(yōu)越的輸入輸出性能、靈活的控制策略、能量雙向流動(dòng)等特點(diǎn)。將雙級(jí)矩陣變換器引入起動(dòng)/發(fā)電系統(tǒng)，有利于電力變換器與起動(dòng)/發(fā)電機(jī)的集成，從而減小了系統(tǒng)的體積、降低了系統(tǒng)的重量、提高了系統(tǒng)效

2、率、降低了系統(tǒng)成本，使起動(dòng)/發(fā)電系統(tǒng)更具發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。
　　本文采用了18開(kāi)關(guān)的雙級(jí)矩陣變換器，前后兩級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不對(duì)稱，將起動(dòng)/發(fā)電機(jī)置于雙級(jí)矩陣變換器的不同側(cè)，將構(gòu)成不同的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，直接影響到系統(tǒng)的控制策略。本文首先討論了系統(tǒng)可能的拓?fù)浞桨?，并分析了各拓?fù)浞桨缚赡艽嬖诘膯?wèn)題，通過(guò)仿真研究與對(duì)比分析了各方案的優(yōu)缺點(diǎn)與可行性，最終提出了系統(tǒng)采用基于切換電容組的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即將起動(dòng)/發(fā)電機(jī)置于雙級(jí)矩陣變換器的前級(jí)（雙向開(kāi)關(guān)側(cè)）

3、，并在雙級(jí)矩陣變換器的雙向開(kāi)關(guān)側(cè)并聯(lián)一組可切換電容，起動(dòng)運(yùn)行時(shí)電容組不與系統(tǒng)相連，發(fā)電運(yùn)行時(shí)再將電容組切入系統(tǒng)。所提出的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在起動(dòng)以及發(fā)電運(yùn)行時(shí)均能安全工作，且系統(tǒng)控制相對(duì)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)。
　　確定系統(tǒng)拓?fù)浜螅鶕?jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，本文分別對(duì)系統(tǒng)的起動(dòng)運(yùn)行、起動(dòng)/發(fā)電切換運(yùn)行以及發(fā)電運(yùn)行三種工作狀態(tài)進(jìn)行了研究：首先分析了系統(tǒng)起動(dòng)運(yùn)行原理，從簡(jiǎn)化控制算法角度出發(fā)，采用三相六拍控制方案起動(dòng)，提出了起動(dòng)運(yùn)行時(shí)雙級(jí)矩陣變換器的調(diào)制策

4、略以及系統(tǒng)控制策略，利用仿真與實(shí)驗(yàn)對(duì)所提策略進(jìn)行驗(yàn)證；其次分析了系統(tǒng)起動(dòng)/發(fā)電切換過(guò)程中各部件的運(yùn)行狀態(tài)，提出了雙級(jí)矩陣變換器的切換控制策略以及系統(tǒng)起動(dòng)/發(fā)電切換控制流程和控制時(shí)序，所提切換策略使系統(tǒng)的起動(dòng)至發(fā)電過(guò)程得以安全切換；最后本文分析了系統(tǒng)發(fā)電運(yùn)行原理，闡述了系統(tǒng)發(fā)電運(yùn)行時(shí)功率變換器的調(diào)制策略，為了解決交流量難以跟蹤的問(wèn)題，本文采用基于輸出電壓坐標(biāo)變換的電壓閉環(huán)控制策略，從而保證了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化或負(fù)載突變時(shí)系統(tǒng)的輸出性能。

5、>　　對(duì)系統(tǒng)起動(dòng)運(yùn)行時(shí)的雙級(jí)矩陣變換器調(diào)制策略進(jìn)行了詳細(xì)研究。針對(duì)目前常用的五種PWM調(diào)制模式，詳細(xì)分析了各調(diào)制模式對(duì)系統(tǒng)的影響，通過(guò)推導(dǎo)雙級(jí)矩陣變換器直流母線電流與開(kāi)關(guān)函數(shù)間的數(shù)學(xué)關(guān)系，分析各調(diào)制模式對(duì)雙級(jí)矩陣變換器直流母線電流、換流安全和轉(zhuǎn)矩的影響，以及對(duì)電機(jī)非導(dǎo)通相端電壓、電流的影響，提出了不同調(diào)制模式下雙級(jí)矩陣變換器的安全運(yùn)行策略并提出了優(yōu)化的雙級(jí)矩陣變換器調(diào)制策略，利用仿真與實(shí)驗(yàn)對(duì)理論分析進(jìn)行驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)對(duì)比得到所提出的優(yōu)化PW

6、M_ON模式為最適合系統(tǒng)的起動(dòng)調(diào)制策略的結(jié)論。
　　對(duì)系統(tǒng)發(fā)電運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)進(jìn)行了研究。由于輸入電流的相位會(huì)受到濾波器參數(shù)、負(fù)載參數(shù)等系統(tǒng)參數(shù)的影響，無(wú)法實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)，因此根據(jù)系統(tǒng)發(fā)電時(shí)的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)了電源側(cè)以及雙級(jí)矩陣變換器輸入側(cè)功率因數(shù)解析表達(dá)式，詳細(xì)分析了系統(tǒng)各參數(shù)對(duì)功率因數(shù)的影響，研究了功率因數(shù)的可調(diào)范圍，得出系統(tǒng)的調(diào)制比越低、濾波電容越大、輕載且感性負(fù)載成分越多時(shí)系統(tǒng)電源側(cè)輸入功率因數(shù)越低的結(jié)論，并提出了一種不依賴