- 頭條簡化的控制算法，可改善間接式矩陣變換器的波形質量2020-06-25 作者：孫盼、孫軍、吳旭升、聶子玲 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語海軍工程大學電氣工程學院、海軍工程大學艦船綜合電力技術國防科技重點實驗室的研究人員孫盼、孫軍、吳旭升、聶子玲，在2019年第10期《電工技術學報》上撰文（論文標題為“間接矩陣變換器優化SVPWM及其簡化的同步控制”），針對間接式矩陣變換器中存在的直流母線電壓波動問題，提出一種基于輸入電壓的空間矢量優化調制策略，用于逆變級優化。 為克服傳統方法在實現整流級無零矢量調制與逆變級調制策略同步控制的過程中存在的計算量大、調制波形不對稱的缺陷，提出一種簡化的同步控制算法，該控制算法不需要復雜浮點運算、易于實現。實驗結果表明，優化調制策略和簡化同步控制算法的應用可改善間接式矩陣變換器的輸入輸出波形質量。
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等優勢，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。
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量產生影響。
針對該問題，主要有兩種解決方法：一是外加電路，二是調制策略的改進。
文獻[7]提出了將H橋電路串聯在整流級和逆變級之間的電路拓撲；為穩定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Z源電路；文獻[15]提出在雙級矩陣變換器的兩極之間串聯一個升壓（Boost）變換器，以上方法在應用中都取得了不錯的改善效果，但存在系統調制復雜、功率密度低和可靠性差的缺點。
文獻[16-18]從改進調制策略的角度入手，根據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制比進行調整，但當整流級使用零電流換相時，逆變級在一個整流級的PWM周期內完成了兩次調制，由于母線電壓不一致，此時使用同一個調制比也將導致逆變級輸出電壓幅值出現波動，因此這種調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化空間矢量調制策略，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 傳統方法輸出相電壓THD（100Hz）
圖8 改進后輸出相電壓THD（100Hz）
結論
針對間接式矩陣變換器中存在的母線電壓波動較大，輸出電壓波形質量不理想的問題，本文提出了一種空間矢量優化調制策略，分別在整流級應用無零矢量的調制策略，逆變級應用優化的兩次空間矢量調制，理論分析與實驗結果表明，采用優化調制策略后，輸出電壓的THD顯著低于傳統方法，波形質量在優化后得到顯著改善。簡化同步控制算法操作簡單，易于實現，可在整流級中實現零電流換相。
