采用旋转矢量开关拓展调制矩阵变换器无功功率的机理和方法

基本信息
批准号:51707042
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:27.00
负责人:官权学
学科分类:
依托单位:广东工业大学
批准年份:2017
结题年份:2020
起止时间:2018-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:Patrick Wheeler,任志刚,蔡倩倩,姚得银,饶红霞,周雅静,刘思慧,侯晓磊,魏雄
关键词:
矩阵变换器空间矢量调制ACAC变换器奇异值分解功率变换器
结项摘要

Matrix converter is one of the most promising solutions for AC-AC power conversion. However, due to the strong coupling between both the input and output sides, the rotating vector switch states (RVSSes) are difficult to participate in the modulation calculation. Therefore, the principle, range and realization about reactive modulation are not clear. This hinders the application of matrix converters in reactive power compensation. To this end, starting from our previous study on the singular value decomposition upon the space vector represented switch state transfer functions, this project establish the reactive power regulation model according to the instantaneous power theory, and then explicate how the RVSSes control the reactive power by relating the power flow and the switch states. Accordingly, the generalized modulation algorithm is subsequently derived so that the geometric positions of its parameters can be used to simplify the safe commutation constraints. In this way, the maximum reactive power range extended by the RVSSes can be analytically extreme-value searched segment by segment. Finally, combining both the geometric meanings and equivalent relations of different switch states, this project endeavors to find a simple feasible way to carry out the RVSSes involved modulation, using the techniques like vector synthesis and pulse equivalency. We aim at figuring out the principles and methods how the RVSSes can extend the reactive power at the input ports through theory derivations and experiment verifications, providing the novel fundamentals for developing high efficient wide reactive power range modulation algorithms for industrial applications.

矩阵变换器是交-交功率变换中最具有前景的拓扑,但其自身的强耦合性使得旋转矢量开关难以参与调制计算,其调制无功功率的机制、最大范围和实现形式尚不清楚。这阻碍了矩阵变换器在无功补偿领域的应用。针对这些挑战,本项目拟在前期对开关状态的空间矢量传递函数进行奇异值分解的基础上,根据瞬时功率理论,建立开关状态调控无功功率的数学模型,分析瞬时无功功率的流动,阐释旋转矢量开关调制无功功率的机理。依此,进一步地推导矩阵变换器的通用调制算法,根据调制参数的几何位置提示,简化约束关系,探求旋转矢量开关拓展产生无功功率的极值,并结合开关状态的几何意义和等效关系,采用矢量合成和脉冲等效等方法,寻找调制算法的简便可行的实现方式。研究的最终目标是通过理论分析与实验验证,完善旋转矢量开关拓展调制矩阵变换器无功功率的理论和实现方法,为无功补偿策略的设计提供科学依据,面向实际应用开发具有宽无功调节能力的高效调制控制算法。

项目摘要

矩阵变换器是交-交功率变换中最具有前景的拓扑,但其自身的强耦合性使得旋转矢量开关难以参与调制计算,其调制无功功率的机制、最大范围和实现形式尚不清楚。这阻碍了矩阵变换器在无功补偿领域的应用。针对这些挑战,本项目在前期对开关状态的空间矢量传递函数进行奇异值分解的基础上,通过解线性方程组的方式推导矩阵变换器的通用调制算法。依此,根据瞬时功率理论,分析了开关状态对系统变量合成和有功、无功功率流动的影响,建立了开关状态对无功功率进行调控的数学模型,阐释旋转矢量开关调制无功功率的机理。进一步地,根据调制参数约束关系的几何表达,通过分段求解的方式探求旋转矢量开关拓展产生无功功率的极值,并结合开关状态的几何意义和等效关系,采用矢量合成和脉冲等效等方法,获得了调制算法的简便可行的实现方式。通过理论分析与实验验证的研究,项目成果完善了旋转矢量开关拓展调制矩阵变换器无功功率的理论和实现方法,为无功补偿策略的设计提供科学依据,并且开发了面向风光储并网的实际微电网应用场景的能量调度算法。项目发表了四篇SCI期刊论文,其中两篇发表在电力电子类传统一区顶级期刊,申请专利四个,还协助培养了超过6名博士生和硕士生。更多的论文正在审稿或撰写中。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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