学术简报｜简化的控制算法，可改善间接式矩阵变换器的波形质量

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联合主办

中国电工技术学会

北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室

联合承办

中国电工技术学会轨道交通电气设备技术专委会

国家高速列车技术创新中心

《电气技术》杂志社

会议日期/地点

2019年10月25-27日/山东青岛

摘要

海军工程大学电气工程学院、海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室的研究人员孙盼、孙军、吴旭升、聂子玲，在2019年第10期《电工技术学报》上撰文（论文标题为“间接矩阵变换器优化SVPWM及其简化的同步控制”），针对间接式矩阵变换器中存在的直流母线电压波动问题，提出一种基于输入电压的空间矢量优化调制策略，用于逆变级优化。

为克服传统方法在实现整流级无零矢量调制与逆变级调制策略同步控制的过程中存在的计算量大、调制波形不对称的缺陷，提出一种简化的同步控制算法，该控制算法不需要复杂浮点运算、易于实现。实验结果表明，优化调制策略和简化同步控制算法的应用可改善间接式矩阵变换器的输入输出波形质量。

间接式矩阵变换器不含大容量储能元件，且具有能量双向流动、输入与输出电流为正弦波以及可控功率因数等优势，具有广泛的应用前景。其拓扑可分为整流级和逆变级，两级分别采用了成熟的调制和控制策略，结构中存在直流链路，此外，其不需要复杂的换相策略，操作简单，易于实现。

由于在整流级和逆变级之间不存在大容量的储能器件，故间接式矩阵变换器在直流母线上的电流并非稳恒的直流电，而是存在较大的直流母线电压波动，容易对逆变级输出波形的质量产生影响。

针对该问题，主要有两种解决方法：一是外加电路，二是调制策略的改进。

文献[7]提出了将H桥电路串联在整流级和逆变级之间的电路拓扑；为稳定Z源电路输出电压，文献[11-14]提出利用电容和电感之间的能量互换原理，在两级之间并联Z源电路；文献[15]提出在双级矩阵变换器的两极之间串联一个升压（Boost）变换器，以上方法在应用中都取得了不错的改善效果，但存在系统调制复杂、功率密度低和可靠性差的缺点。

文献[16-18]从改进调制策略的角度入手，根据整流级上的直流母线电压在一个PWM周期中的平均值实时对逆变级的调制比进行调整，但当整流级使用零电流换相时，逆变级在一个整流级的PWM周期内完成了两次调制，由于母线电压不一致，此时使用同一个调制比也将导致逆变级输出电压幅值出现波动，因此这种调制方法并不适用于整流级零电流换相的情况。文献[19-21]提出了整流级零电流换相的实现算法，但存在着算法复杂、计算量大等缺点。

本文针对上述问题提出了基于输入电压的间接式矩阵变换器优化空间矢量调制策略，并改进了整流级零电流换相算法，改善了输出电压波形质量。最后用实验进行了验证。

图1  间接式矩阵变换器的拓扑结构

图7  传统方法输出相电压THD（100Hz）

图8  改进后输出相电压THD（100Hz）

结论

针对间接式矩阵变换器中存在的母线电压波动较大，输出电压波形质量不理想的问题，本文提出了一种空间矢量优化调制策略，分别在整流级应用无零矢量的调制策略，逆变级应用优化的两次空间矢量调制，理论分析与实验结果表明，采用优化调制策略后，输出电压的THD显著低于传统方法，波形质量在优化后得到显著改善。简化同步控制算法操作简单，易于实现，可在整流级中实现零电流换相。

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