間接式矩陣變換器不含大容量儲能元件,且具有能量雙向流動、輸入與輸出電流為正弦波以及可控功率因數(shù)等優(yōu)勢,具有廣泛的應用前景。其拓撲可分為整流級和逆變級,兩級分別采用了成熟的調(diào)制和控制策略,結構中存在直流鏈路,此外,其不需要復雜的換相策略,操作簡單,易于實現(xiàn)。
由于在整流級和逆變級之間不存在大容量的儲能器件,故間接式矩陣變換器在直流母線上的電流并非穩(wěn)恒的直流電,而是存在較大的直流母線電壓波動,容易對逆變級輸出波形的質(zhì)量產(chǎn)生影響。
針對該問題,主要有兩種解決方法:一是外加電路,二是調(diào)制策略的改進。
文獻[7]提出了將H橋電路串聯(lián)在整流級和逆變級之間的電路拓撲;為穩(wěn)定Z源電路輸出電壓,文獻[11-14]提出利用電容和電感之間的能量互換原理,在兩級之間并聯(lián)Z源電路;文獻[15]提出在雙級矩陣變換器的兩極之間串聯(lián)一個升壓(Boost)變換器,以上方法在應用中都取得了不錯的改善效果,但存在系統(tǒng)調(diào)制復雜、功率密度低和可靠性差的缺點。
文獻[16-18]從改進調(diào)制策略的角度入手,根據(jù)整流級上的直流母線電壓在一個PWM周期中的平均值實時對逆變級的調(diào)制比進行調(diào)整,但當整流級使用零電流換相時,逆變級在一個整流級的PWM周期內(nèi)完成了兩次調(diào)制,由于母線電壓不一致,此時使用同一個調(diào)制比也將導致逆變級輸出電壓幅值出現(xiàn)波動,因此這種調(diào)制方法并不適用于整流級零電流換相的情況。文獻[19-21]提出了整流級零電流換相的實現(xiàn)算法,但存在著算法復雜、計算量大等缺點。
本文針對上述問題提出了基于輸入電壓的間接式矩陣變換器優(yōu)化空間矢量調(diào)制策略,并改進了整流級零電流換相算法,改善了輸出電壓波形質(zhì)量。最后用實驗進行了驗證。
圖1 間接式矩陣變換器的拓撲結構
圖7 傳統(tǒng)方法輸出相電壓THD(100Hz)
圖8 改進后輸出相電壓THD(100Hz)
針對間接式矩陣變換器中存在的母線電壓波動較大,輸出電壓波形質(zhì)量不理想的問題,本文提出了一種空間矢量優(yōu)化調(diào)制策略,分別在整流級應用無零矢量的調(diào)制策略,逆變級應用優(yōu)化的兩次空間矢量調(diào)制,理論分析與實驗結果表明,采用優(yōu)化調(diào)制策略后,輸出電壓的THD顯著低于傳統(tǒng)方法,波形質(zhì)量在優(yōu)化后得到顯著改善。簡化同步控制算法操作簡單,易于實現(xiàn),可在整流級中實現(xiàn)零電流換相。