機場用三相-單相矩陣變換器的研究

《機場用三相-單相矩陣變換器的研究》是依託南京航空航天大學，由葛紅娟擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：機場用三相-單相矩陣變換器的研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：葛紅娟
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

電壓傳輸比較低是制約矩陣變換器套用的關鍵因素之一，而機場微電網（115V 400Hz級）電壓等級較低，單相設備居多，研究機場用三相-單相矩陣變換器很有意義。本課題針對機場用三相-單相矩陣變換器功率解耦拓撲、閉環控制策略、併網技術等方面展開以下研究：（1）提出不同類型的三相-單相矩陣變換器功率解耦方法，設計脈動功率吸收單元；（2）研究變換器輸出頻率、輸出功率與功率解耦單元參數的關係；分析功率解耦單元參數對輸入電流諧波含量的影響，並研究套用場合與功率解耦單元形式之間的關係；（3）提出一種基於虛擬直流信號反饋的雙閉環控制策略，建立基於該策略的三相-單相矩陣變換器複數域模型，研究其自適應性和動態回響速度；並進一步研究推導虛擬等效電路的開關管調製表達式，最佳化PWM調製策略；（4）探索三相-單相矩陣變換器輸入、輸出解耦技術與虛擬逆變控制技術相結合的併網方法，為矩陣變換器的併網控制提供了技術基礎。

結題摘要

115V、400Hz單相交流輸出矩陣變換技術的研究給機場航空設備供電提供了一個新途徑。三相輸入—單相輸出（115V、400Hz）交-交矩陣變換器（3-1MC）既可以滿足使用要求，又不受矩陣變換器電壓傳輸比較低（≤0.866）的制約，具有研究意義和套用前景。項目針對3-1MC拓撲結構、調製策略、輸入—輸出脈動功率的解耦機制，以及參數設計理論等進行了探討和研究，研製了樣機；成果豐富了3-1MC理論體系。本項目主要研究內容包括：（1）針對單相輸出交交矩陣變換器輸出脈動會直接影響輸入性能的問題，提出了典型3-1MC拓撲結構的脈動功率吸收單元設計方法和解耦機制；研究其變換器輸出頻率、輸出功率與功率解耦單元參數的關係，分析功率解耦單元參數對輸入電流諧波含量的影響，以及套用場合與功率解耦單元形式之間的關係等；形成一套了3-1MC功率解耦理論；（2）針對2種典型的含功率解耦單元的3-1MC，分別提出基於虛擬直流母線電壓和虛擬直流母線電流的雙閉環反饋控制方案，建立其小信號模型，推導閉環控制函式，研究動靜態性能及最佳化策略，形成了具有良好輸入、輸出性能的矩陣變換器研製體系；（3）提出了基於輸入濾波器增廣狀態反饋的源側虛擬阻尼和動態調製比的3-1MC控制策略，研究了基於虛擬逆變控制技術的源側電流與微網側電流的雙閉環級聯控制併網模式，顯現了矩陣變換器的併網控制；（4）針對輸入電壓幅值不平衡情況，研究了基於正序輸入電流分量為參考矢量的矩陣變換器虛擬整流控制策略，推導了其開關函式、解耦表達式等，實驗驗證了其可行性和正確性，為後續3-1MC不平衡條件下的研究工作打下了良好基礎。項目圓滿完成了計畫內容，取得了高於預期的研究成果，具體為：(1)構建了2個3-1MC研究系統，並與三相AC可調壓、可變頻交流電源構成併網研究系統，完成預期成果中的硬體內容；(2)已發表國際期刊和國際會議文章計6篇（其中，SCI收錄2篇，均被EI收錄）、國內文章8篇（其中重要核心4篇）；已經錄用待發表的重要核心文章1篇（EI源刊）；申請發明專利5項，已經獲得授權2項，超額完成申請書中的預期成果“在國核心心以上刊物和國際刊物發表論文5-6篇，申請發明專利和套用專利2-3項”；(3)項目組成員參加國際學術會議3次，參加1次小國際論壇；（4）培養博士生3名（1名畢業，2名在讀），碩士生7名（5名畢業，2名在讀）。