矩阵变换器调制机理与系统性能研究

论文摘要

由于人们对供电质量的要求越来越高,而传统的交交电力变换器存在各种缺点且对电网造成谐波污染,因此对矩阵变换器的研究也越来越多。本文以直接三相/三相矩阵变换器为研究对象,采用理论、仿真以及实验的方法分析了矩阵变换器常用的三种调制策略的同一性及其差异性,以便采用合适的调制策略获得优良的系统性能,主要内容包括:在介绍矩阵变换器基本原理的基础上,给出了三种主要的电压型调制策略包括文氏法及改进的文氏法、双电压法和空间矢量调制法的调制原理、算法、特点以及开关序列,归纳了空间矢量调制中零矢量不同放置而产生的7种调制模式。以间接空间矢量调制策略为基础,深入分析了其两级调制中的零矢量与零序分量的关系;然后,由特定的零序分量构造出了文氏法和改进文氏法的调制矩阵,证明了文氏法及改进文氏法分别是空间矢量调制策略中的一种特例—三零矢量为固定值模式;最后,从空间矢量调制推导出了双电压法调制,证明了双电压调制也是空间矢量调制策略的另一种特例—零矢量中置模式;由此得出各种调制策略都可以归纳到空间矢量调制模式中。各种调制策略都可以归纳为空间矢量调制策略的不同调制模式,不同的调制模式会造成输出输入的性能差异。从输入电流谐波、输出电流谐波以及共模电压这三个方面,分析、比较了各种调制模式的差异以及优劣,指出: SVM-2-13、SVM-3、SVM-AV三种调制模式的输入输出电流谐波最小,SVM-2-13及SVM-1-1和SVM-1-3的共模电压影响最小;构建了矩阵变换器的仿真模型对理论分析的结果进行了仿真验证。在矩阵变换器样机上进行了实验,对于输出电流,在负载电感较小时的高频谐波较大,实验结果和理论分析是一致的。负载电感较大时,低频谐波起主要作用,输出电流THD对比关系发生变化。对于电网输入电流, SVM-2-13的输入电流质量最好,和理论分析的一致。最后实验验证了SVM-1-1、SVM-1-3以及SVM-2-13的共模电压的幅值和有效值最小。综合所有系统性能来看,得出SVM-2-13和SVM-3的性能较好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 矩阵变器研究的背景及意义
• 1.2 矩阵变换器的基本结构
• 1.3 矩阵变换器的研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2 矩阵变换器基本原理及常用调制策略
• 2.1 矩阵变换器的基本原理
• 2.2 文氏法调制策略
• 2.3 双电压法调制策略
• 2.4 空间矢量调制策略
• 2.5 本章小结
• 3 矩阵变换器调制策略同一性研究
• 3.1 间接空间矢量调制零矢量与零序分量研究
• 3.2 空间矢量调制与文氏法同一性研究
• 3.3 空间矢量调制与双电压法同一性研究
• 3.4 本章小结
• 4 矩阵变换器调制策略的差异性研究
• 4.1 矩阵变换器仿真模型
• 4.2 不同调制策略输出电流谐波研究
• 4.3 不同调制策略输入电流谐波研究
• 4.4 不同调制策略共模电压研究
• 4.5 本章小结
• 5 矩阵变换器调制策略实验
• 5.1 矩阵变换器实验装置
• 5.2 不同调制策略和调制模式实验研究
• 5.3 本章小结
• 6 全文总结与工作展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 今后工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表论文目录