矩阵变换器是一种直接变换型交流—交流电力变换装置,具有一些优于传统脉宽调制变频器的特性,即能量双向流通、正弦输入与输出电流、可控的输入功率因数等,非常适合于应用到交流电动机调速领域。在交流调速系统中,使用矩阵变换器驱动异步电动机,一方面能够实现较好的传动性能,另一方面也可以满足日益严格的电网电能质量的要求。因此,矩阵变换器驱动异步电动机系统被称为下一代的交流电气传动模式。 论文深入分析了矩阵变换器的拓扑结构,工作原理及直接空间矢量调制策略,提出了一种补偿输入电压不平衡的矩阵变换器调制策略。从统一的观点出发,引入基于开关状态的空间矢量描述的占空比矢量的概念,建立了涵盖各种不同调制策略的矩阵变换器的统一非线性解析模型。 在矩阵变换器的实际应用中,为了满足电磁兼容性(EMC)的要求,通常在电源与开关矩阵之间接有输入滤波器。输入滤波器反过来会降低开关功率变换器的动态性能,甚至使系统不稳定。论文深入分析了引入输入滤波器导致动态性能下降和潜在不稳定的本质原因;定量分析了滤波器参数影响稳定性的规律;从降低输入滤波器的输出阻抗的角度,提出了通过改变输入滤波器的结构来改善矩阵变换器输入输出电流质量的方法,并在此基础上,提出了一种改善矩阵变换器系统动态性能和稳定性的虚拟电阻算法。该电阻算法就是在原调制算法的基础上,仅仅增加了数字低通运算,算法简单,易于工程实现,并且不存在实际电阻的损耗。 在归纳、总结和完善矩阵变换器输入滤波器的设计原则的基础上,提出了一种输入滤波器的多目标优化设计方法。该方法以确保系统稳定、谐波总畸变率低、避免开关频率谐波电流造成滤波器谐振为约束,以工程费用、基频压降、基波相移、功率稳定裕量和阻尼电阻功耗为目标。从数学分析的角度深入研究了输入滤波器的作用机理,推导出各项性能指标及约束条件的解析表达式。提出了采用改进的基于Pareto最优的非劣排序遗传算法(Non-dominated Sorting GeneticAlgorithm—NSGA—Ⅱ),并对此算法的约束处理作了改进。 论证了基于传统PI控制器的矩阵变换器—异步电动机矢量控制系统的方案,建立了基于传统PI控制器的矩阵变换器—异步电动机矢量控制调速系统的大信号非线性状态方程,分析了系统的稳定性和动态特性。提出并实现了基于自抗扰控制器的矩阵变换器—异步电动机矢量控制系统的控制策略,并对比分析了两类控制器的控制效果。形成了包含有矩阵变换器的系统在建模、系统分析、系统综合