《電容箝位多電平矩陣變換器拓撲理論及控制系統研究》是依託清華大學，由李永東擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：電容箝位多電平矩陣變換器拓撲理論及控制系統研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：李永東
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題以電容箝位多電平矩陣變換器為研究對象，重點研究該類多電平矩陣變換器的拓撲結構、演化規律、PWM調製方法、電容電壓平衡控制及安全換流策略的規律，歸納並解決其中存在的關鍵技術問題。.首先將電容箝位三電平矩陣式變換器進一步推廣到N電平矩陣變換器，並對其拓撲結構和調製方法建立等效數學表達式。其次，通過MATLAB和SABER仿真軟體建模，提出明確的狀態空間矢量調製算法、中點電容電壓平衡策略和安全環流策略。此外，搭建樣機進行實驗研究，實現對懸浮電容箝位多電平矩陣變換器（不少於五電平）的有效控制及帶電機負載的高性能運行。最終，通過理論分析、仿真與實驗，實現對電容箝位N電平矩陣變換器的拓撲形式、調製方法、電容電壓平衡及換流策略一般規律的探索，為此類拓撲結構在新能源變換器、電氣化交通和電力系統諧波治理中的套用奠定理論基礎。
結題摘要
矩陣變換器作為典型的直接交交變換器，具有四象限運行、體積小、重量輕，高功率密度等優點，其與多電平結構相結合產生的多電平矩陣變換器則又具有可以高壓大容量運行，多電平輸出，系統絕緣衝擊小，諧波特性良好等多電平結構的優點。本課題針對電容箝位型多電平矩陣變換器拓撲演化規律與其載波、空間矢量調製策略進行了研究，其目的在於拓展拓撲套用領域與簡化調製策略，本課題的主要研究內容包括： 本課題在闡述了箝位型多電平矩陣變換器拓撲推演過程的基礎上給出了五電平矩陣變換器拓撲，推導了其可用開關狀態判定準則；以關於矩陣變換器的分析為基礎，提出了箝位型多電平矩陣變換器基於載波的調製策略，使用數學構造、新定義的載波層疊和載波移相這三種不同的基於載波的調製策略將傳統兩電平矩陣變換器調製策略套用到多電平拓撲中；對輸出電壓的諧波進行了對比分析，針對載波移相調製策略，分析了移相角對邊帶諧波的影響。 此外，本課題對箝位型多電平矩陣變換器的空間矢量調製進行了研究，分析了箝位型多電平矩陣變換器的開關狀態組歸類方法、對典型開關狀態組在空間矢量圖上的軌跡進行了分析；由於多電平矩陣變換器空間矢量圖的時變性，提出了對空間矢量圖進行合理簡化的方法，使其具有固定的扇區劃分形狀，進而將多電平矩陣變換器空間矢量圖等價為為多個傳統矩陣變換器空間矢量圖的疊加。提出了幅值係數校正方法，該方法可將多電平矩陣變換器的空間矢量調製等效為兩個獨立調製過程，並給出了適用於所有扇區的占空比計算公式；基於多電平矩陣變換器特有的冗餘空間矢量狀態和多種旋轉矢量，提出了對共模電壓進行抑制的方法。 課題通過仿真軟體matalb/simulink對所有與理論分析進行了驗證，同時也搭建了實驗樣機對仿真的正確性進行了驗證。
