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基于载波PWM的三电平间接矩阵变换器控制策略的研究

钟哲夫  
【摘要】:矩阵变换器(Matrix Converter,MC),也被人们称作“绿色变换器”,具有许多优点,包括较小的共模电压和开关应力、较低的输出电压波形畸变等。三电平间接矩阵变换器(Three Level Indirect Matrix Converter,TLIMC)是一种结合了三电平技术和MC技术的新型变换器,它可以提高电压的传输效率,使输出波形更加标准。TLIMC在高压、大容量、大功率应用越来越广泛。在电力系统特别是电能变换中,对TLIMC的研究具有重大意义。本文以二极管钳位型TLIMC作为研究对象。首先,在拓扑结构上,TLIMC分为整流级和逆变级,其中对传统的TLIMC整流级进行改进,从单整流器运行变为两个相同的整流器同步运行,逆变级则是三电平逆变器的结构,每个输出相均由两个二极管并联作为钳位电路。然后,在控制策略方面,通过计算整流级和逆变级的占空比,对其使用空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)方法进行控制,分析它的输出特性,计算得到的占空比作为载波脉冲宽度调制(Carrier-Based Pulse Width Modulation,CBPWM)的重要条件。同时构造一个等腰三角形载波信号,与计算出的占空比相结合,经过推导分别得出整流级和逆变级的调制波表达式。再将调制波与同一个三角载波进行比较,经过逻辑运算,使载波PWM的控制策略得到实现。将本文研究的两种控制策略进行比较,对比两种方法在计算量、输出效果、开关损耗等方面的异同。基于载波PWM的控制策略能够避免复杂的三角函数运算,因此可减少计算量,而在输出效果、换流策略和开关损耗等方面,两种策略等效。最后,通过MATLAB/Simulink仿真平台,搭建二极管钳位型TLIMC的拓扑结构模型,使用S函数分别编写两种控制策略的函数,并分别对两种控制策略进行仿真。仿真结果证明了所提出的控制策略的正确性。


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