矩阵变换器在风力发电系统中的应用研究

风力发电作为一种真正的“绿色”能源，在国民经济中占有极为重要的地位，它可以从根本上消除无功电流和谐波污染。图1是一种新型的风力发电系统基本结构框图。风 力 发 电 系 统 基 本 结 构 框 图 Fig.1 Basic block diagram of WETS 该系统主要由1台无刷双馈异步电机，1台交－交变频器和一套控制装置组成。其中无刷双馈电机的定子接电网，转子接变频器，通过控制转子电流的频率、幅值、相位和相序，使系统实现两个功能：一是发电机在不同的转速下，都能发出恒频电能，通过变频器传输至电网，即实现变速恒频运行；二是发电机定子端有功功率和无功功率可以独立调节。

那么，作为连接电网和发电机的交－交变频器设备，其设计成为一个关键，要求它具有优良控制性能，结构紧凑，而且具有高功率因数。 然而目前流行的交－直－交变频器和交－交周波变换器，均有其负面影响——无功功率和谐波污染，需要添加有源滤波和无功补偿装置。因此，开发“绿色”电力电子变换器，提高功率因数，各次谐波分量小于国际和国家标准允许的限度，显然这才是一种治本的办法[1]。

矩阵变换器具有以下优点[2]： 1)可以实现四象限操作，能量双向流动； 2)输入功率因数可接近1； 3)无直流中间环节，不需储能电容，结构简单； 4)可获得正弦波形的输入电流和输出电压，无低次谐波； 5)输出频率不受输入电源频率的限制； 6)可实现变速恒频应用。 基于上述优点，本新型风力发电系统的交-交变频器采用矩阵变换器。通过合理设计，使风力机组直接投入电网运行，这为风力发电的广泛应用提供了坚实的基础。 矩阵变换器的设计关键在于主电路拓扑结构的选择，波形生成及控制电路，箝位保护电路和其它功能辅助电路的实现。
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