矩陣變換器及在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、矩陣變換器是一種新型的功率變換器，具有的優(yōu)點(diǎn)：(1)能同時(shí)提供正弦的輸出電壓和正弦的輸入電流；(2)輸入電流可調(diào)節(jié)為超前、滯后或同相于輸入電壓：(3)可實(shí)現(xiàn)輸出幅值、頻率和網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)的獨(dú)立控制；(4)屬于交一交直接變換，沒(méi)有中間直流環(huán)節(jié)，能量可雙向流動(dòng)。 研究了矩陣變換器的數(shù)學(xué)機(jī)理、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、基本工作原理、換流問(wèn)題，綜合分析了矩陣變換器現(xiàn)有控制算法：Venturini直接法、瞬時(shí)雙電壓法、空間矢量調(diào)制法，并對(duì)各種控制算法進(jìn)行了

2、建模和仿真，分析和歸納各自的優(yōu)缺點(diǎn)。 采用矩陣變換器勵(lì)磁的無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)，是較理想的變速恒頻發(fā)電方案，能否有效地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有功功率和無(wú)功功率的解耦控制，是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和實(shí)用性的關(guān)鍵，提出了基于矩陣變換器的無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的能量研究方法。從兩相坐標(biāo)系出發(fā)，研究矩陣變換器的瞬時(shí)無(wú)功功率和有功功率，根據(jù)風(fēng)力機(jī)最大風(fēng)能捕獲控制策略、無(wú)刷雙饋電機(jī)的有功功率和無(wú)功功率的數(shù)學(xué)模型，提出基于反向傳播(BP)神經(jīng)網(wǎng)的功率控制方案

3、。應(yīng)用Matlab/Simulink建立了系統(tǒng)的仿真模型，仿真結(jié)果表明BP神經(jīng)網(wǎng)功率解耦控制系統(tǒng)有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、較強(qiáng)的魯棒性，能實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的有功功率和無(wú)功功率的獨(dú)立控制，從而驗(yàn)證了控制策略的有效性。 在對(duì)矩陣變換器和無(wú)刷雙饋電機(jī)進(jìn)行分析研究基礎(chǔ)上，提出了基于矩陣變換器的無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型參考模糊自適應(yīng)控制策略。通過(guò)控制無(wú)刷雙饋電機(jī)控制繞組的電壓幅值、頻率，為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提供勵(lì)磁。壓頻比控制器采用模型參考模糊自適應(yīng)控制策

4、略，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率因數(shù)進(jìn)行控制。應(yīng)用Matlab建立了系統(tǒng)的仿真模型，仿真結(jié)果表明系統(tǒng)有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、較強(qiáng)的抗干擾性，驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性、可行性和穩(wěn)定性，為進(jìn)一步研究風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)搭建了一個(gè)較好的研究平臺(tái)，且能減少對(duì)電網(wǎng)的污染，是一種真正意義上的“綠色電源”。 在理論研究的基礎(chǔ)上，對(duì)矩陣變換器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，研制出一臺(tái)功率為5kW的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。樣機(jī)包括硬件部分和軟件部分：硬件部分是由主電路、緩沖電路、輸入和輸出電壓檢測(cè)電路

5、、輸出電流檢測(cè)電路、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)與復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)控制器電路、ADS8364采樣電路、PHILIP單片機(jī)控制面板電路；軟件部分包括控制算法程序和換流程序。通過(guò)對(duì)矩陣變換器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性、可行性和穩(wěn)定性，為矩陣式變換器的實(shí)際應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。本文的研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(60534040)：“分散式風(fēng)力-太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的混合控制研究”，粵港關(guān)鍵領(lǐng)域重點(diǎn)突破項(xiàng)目(A10