基于双级矩阵变换器的统一潮流控制器研究

论文摘要

统一潮流控制器是灵活交流输电系统中最有吸引力的一种补偿器,它集多种功能于一身,能对电力线路上的阻抗,相角及有功和无功进行控制,具有很强的灵活性。双级矩阵变换器是一种新型拓扑结构的直接频率转换装置,它不仅具有常规矩阵变换器的优点,如:输入功率因数可调、输出电压可调、能量可双向流动等,而且能克服常规矩阵变换器存在的一些困难,如:无须采用常规矩阵变换器复杂的4步换流法等。将它应用在统一潮流控制器中,不仅符合统一潮流控制器的需求,而且它相比于传统的交-直-交变换器去掉了体积庞大的电容,使得体积减小,效率提高。论文首先对双级矩阵变换器的拓扑结构、双空间矢量调制策略和低频开关函数进行了分析,并介绍了一种针对双级矩阵变换器的双空间矢量简化算法,然后对双级矩阵变换器的闭环控制及其在统一潮流控制器中的应用进行了深入的研究。论文以双级矩阵变换器逆变级为闭环控制对象,将输入电压扰动转化为逆变级输入侧直流电压的扰动,建立了基于三相静止坐标系的逆变级的标量模型,然后通过引入合成矢量建模法,建立了逆变级的合成矢量模型,将多输入多输出的控制对象模型简化为等效的单输入单输出模型。在此基础上,提出了双级矩阵变换器的电压电流双闭环控制策略,并通过运用传递函数法、根轨迹法、频率响应法等传统方法对控制系统进行了分析和设计,针对电流内环和电压外环分别提出了一种复数PI控制器,实现了输出电压电流的解耦控制。论文在对双级矩阵变换器闭环控制的研究基础上,对基于双级矩阵变换器的统一潮流控制器进行了研究和设计,通过建立和分析统一潮流控制器的合成矢量模型,提出了一种三环控制策略,并通过分析合成矢量传递函数,分别对控制器进行设计,实现功率潮流的解耦控制。论文利用MATLAB进行了仿真建模和分析,仿真结果验证了所提方法的可行性和正确性。论文同时以DSP为控制核心设计和制作了一台双级矩阵变换器的实验样机,实验结果验证了双级矩阵变换器调制策略的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 灵活交流输电系统
• 1.2 统一潮流控制器
• 1.3 矩阵变换器
• 1.4 双级矩阵变换器
• 1.5 矩阵变换器在统一潮流控制器中应用的研究意义和研究现状
• 1.6 论文的研究内容
• 第2章 双级矩阵变换器的调制策略研究
• 2.1 双级矩阵变换器的拓扑结构
• 2.1.1 常规矩阵变换器到双级矩阵变换器的演变
• 2.1.2 双级矩阵变换器的几种典型拓扑结构
• 2.2 双级矩阵变换器的双空间矢量调制策略
• 2.2.1 双空间矢量调制策略
• 2.2.2 基于双空间矢量调制策略的双级矩阵变换器的低频开关函数
• 2.2.3 双空间矢量调制策略的简化算法
• 2.3 仿真研究
• 2.4 本章小结
• 第3章 双级矩阵变换器的双闭环控制策略研究
• 3.1 控制对象
• 3.2 控制对象的数学模型
• 3.2.1 双级矩阵变换器逆变级的标量模型
• 3.2.2 双级矩阵变换器逆变级的合成矢量模型
• 3.3 双级矩阵变换器的双闭环控制策略
• 3.3.1 双级矩阵变换器双闭环常规PI 控制策略
• 3.3.2 双级矩阵变换器双闭环解耦控制策略
• 3.4 仿真研究
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于双级矩阵变换器的统一潮流控制器设计
• 4.1 统一潮流控制器介绍
• 4.1.1 统一潮流控制器基本电路结构
• 4.1.2 统一潮流控制器基本工作原理
• 4.2 基于双级矩阵变换器的统一潮流控制器
• 4.2.1 基于双级矩阵变换器的统一潮流控制器基本电路
• 4.2.2 基于双级矩阵变换器的统一潮流控制器工作原理
• 4.3 仿真研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 双级矩阵变换器实验平台的设计及制作
• 5.1 系统组成结构
• 5.2 硬件电路
• 5.2.1 主电路和驱动电路
• 5.2.2 同步过零检测电路和隔离电源
• 5.3 软件设计
• 5.4 实验结果
• 5.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表的论文