应用于动态电压恢复器的双级矩阵变换器研究

摘要

随着工业生产对工艺水平要求的提高，生产过程对电能质量的要求不断提高。电压跌落已经成为出现频率最高、影响最严重的电能质量问题。动态电压恢复器（Dynamic Voltage Restorer,DVR）是治理动态电能质量问题和保护敏感负载的重要设备。目前，实际应用中的DVR存在着一些不足：有储能装置DVR结构体积大、设备造价、维护费用高，集成度低，无储能 DVR多级变换结构响应慢、效率低、谐波含量高和控制电路复杂，这些问题在一定程度上限制了DVR的应用范围。
　　现有的DVR可以分为两大类：有储能DVR和无储能DVR。有储能DVR包括储能装置和变换装置，无储能DVR一般采用交-直-交两级变换器，中间直流环节需要直流电容。与有储能的DVR相比，采用交-交变换器变换器的DVR不需要储能装置，因此功率密度、高集成度可以提高，成本更低；与传统的交-直-交两级变换器比较，交-交变换器减少了功率变换次数和去掉了直流电容，具有高效率、低成本、高可靠性的优点。为此，本文将能够实现交-交变换的双级矩阵变换器应用于DVR拓扑，以提高DVR功率密度、输入输出性能，扩展DVR的应用范围为目标，对应用于动态电压恢复器的双级矩阵变换器进行研究，本文主要做了一下几个方面的工作：
　　首先，分析了动态电压恢复器和电压跌落的补偿原理，然后分析了传统矩阵变换器的原理及其与双级矩阵变换器的内在联系。确定了基于双级矩阵变换器的动态电压恢复器（TSMC-DVR）拓扑，并且介绍了拓扑组成和各部分的功能。
　　其次，在三相输入电压正常的情况下，对TSMC-DVR中双级矩阵变换器的双空间矢量调制策略进行了理论分析，并对 TSMC输入功率因数调节、电压传输比调节、整流级零电流换流的原理和方法进行了理论推导。同时，针对补偿敏感负载电压跌落时，TSMC-DVR输入电压也会发生跌落，研究了 TSMC-DVR非正常电压输入情况下的修正策略，减弱电压跌落对补偿效果的影响。综合分析了输入无功功率与电压传输比、负载功率因数间的关系，为TSMC-DVR输入无功功率控制提供了理论依据。建立了TSMC-DVR的数学模型，设计了基于输入电压和负载电压的前馈-反馈控制策略，推导了控制环节的传递函数。针对三相电压对称跌落和不对称跌落闭环控制，设计了用于前馈-反馈的单序、双序控制，提高输出性能。
　　最后，在 Matlab/Simulink搭建了 TSMC-DVR系统的仿真模型，先对模型结构、调制策略和控制策略子模块进行了介绍，然后在三相和单相电压跌落情况下，分别对TSMC-DVR补偿电压跌落的效果进行了仿真分析，仿真结果验证了所提拓扑、调制策略和控制策略的有效性。

目录

1 绪 论

1.1 选题背景及意义

1.2 动态电压恢复器研究现状

1.3 矩阵变换器研究现状

1.4 本文所做的主要工作

2 TSMC-DVR工作原理和拓扑分析

2.1 DVR结构和基本原理

2.2 TSMC工作原理及其拓扑

2.3 TSMC-DVR拓扑及其工作原理

2.4 本章小结

3 基于双空间矢量调制策略TSMC-DVR系统

3.1 双级矩阵变换器的双空间矢量调制策略

3.2 非正常输入条件下SVM调制策略

3.3 双级矩阵变换器换流策略

3.4 TSMC无功功率控制

3.5 本章小结

4 TSMC-DVR系统模型及其控制策略

4.1 等效电路及数学模型

4.2 TSMC-DVR控制策略

4.3 TSMC-DVR单序和双序控制

4.4 本章小结

5 仿真模型

5.1 TSMC-DVR系统模型

5.2 TSMC调制策略模型及仿真分析

5.3 TSMC-DVR控制策略模型及仿真分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 课题展望

致谢

参考文献