三电平视角下矩阵变换器调制策略的同一性研究与优化
批准号：
51407193
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
26.0 万元
负责人：
蔡巍
依托单位：
学科分类：
电力电子学
结题年份：
2017
批准年份：
2014
项目状态：
已结题
项目参与者：
孙俊忠、姜海龙、李丹妮、张海鹏、吴言凤、刘金辉、陈子山川
项目摘要
结项摘要
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中文摘要
矩阵变换器任意时刻有三个大小不同的电压可供选择，这与三电平逆变器相类似。项目据此建立矩阵变换器三电平视角概念，即将输入电平大小与输出电压合成协同考虑。.在三电平视角下，项目拟对空间矢量调制和载波调制进行深入研究：充分利用矢量调制中矢量大小相对固定的优点对变换器性能进行图形化分析和优化；讨论载波调制中参数的物理意义与开关模式，从而发挥其控制灵活、扩展性强的特点。针对当前调制策略同一性研究多偏重于理想工况的问题，项目拟将其拓展至一般情况进行分析，并结合开关切换顺序予以等效；讨论调制通解中各控制参数对变换器性能的影响，深层次揭示矩阵变换器的运行规律与本质特性。本项目还将首次对矩阵变换器在一般调制策略下输入输出的谐波特性进行定量计算与分析比较，并结合滤波器结构参数设计对变换器进行整体综合优化。.本项目工作是对矩阵变换器调制策略研究的深化，其研究成果将为变换器控制的精细化与实用化奠定理论和技术基础。
英文摘要
There are three different input voltage can be chosen to synthesize the output in matrix converter at any time, which is similar to three-level inverter. Based on the character, this item builds the concept of three-level view in matrix converter, that is to say coordinate the input voltage level and the output synthesis meanwhile..Under the three-level view, the item is to give further study on the space vector modulation and carrier modulation: take advantage of relatively fixed vectors to carry out the graphic analysis and improvement on converter performance in space vector modulation; discuss the physical meaning of parameters and switch mode in carrier modulation in order to exert its control characteristics of flexible and strong expansibility. The current research on modulation identity is weighted too heavily toward ideal operating conditions. To solve this problem, the item plan to expand the analysis to the general situation and make the equivalent with the switch sequence. The item discusses the effect of control parameters in general modulation solution on the converter performance in order to reveal the matrix converter operation rule and its essential feature deeply. In addition, the item will be the first time implements the mathematical harmonic analysis and comparison on matrix converter input and output under general modulation strategy. The integrated optimization of converter on modulation and filter parameters is given too..The project work is the deepening of modulation strategy in matrix converter, and it establishes the theory and technology foundation for matrix converter detailed and practical control.
矩阵变换器具有功率密度高、可靠性强的优点，在舰船等特殊环境下具有广阔应用前景。本项目从三电平全新视角对矩阵变换器调制策略及其同一性问题进行了研究，为其军事化应用提供了理论和技术准备。项目将传统矩阵变换器调制归结为两电平模式，即分割开关周期以获得优良特性，针对其与矩阵变换器三相输入之间“矛盾”，提出了矩阵变换器三电平视角——变换器三相输入电压按大小划分为高、中、低电平，且任意时刻同时考虑三种组合。利用三电平空间矢量的分析，针对传统矢量调制低调制比下输出电压谐波大的缺点，改用中小矢量合成予以改善；利用中小矢量改进算法，在低调制比下有效降低了输出共模电压；分析了负载对变换器输入侧影响，指出当负载侧功率因数过低，选用电流矢量的方向异向是其谐波特性变差的主因。提出了三电平视角下双参考波—载波调制方法，在借鉴三电平逆变器中点电位控制的基础上，获得了一定调制自由度，通过在参考波中注入零序分量，扩展了其控制范围。提出一种大压差切换的载波调制策略，将其与顺序切换模式相结合，优化了开关策略，即在电压大小明确区间采用顺序切换以降低损耗，在电压相近区间采用大压差切换以保证系统安全。从矩阵变换器基本方程推导计算了调制策略通解，包括零序分量、旋转分量与自由分量等三个部分，通过分析计算，证明了各调制策略的区别不仅在于零序分量的不同，还在于自由分量变化。详细计算了矩阵变换器输出电压谐波，包括直流分量、基波分量与基带谐波、载波谐波、边带谐波等，针对通解中各分量对输出线电压的影响，采用仿真手段进行了分析，结果表明自由分量为0，前后置零矢量调制策略其谐波特性最优。建立了三电平逆变器与矩阵变换器拓扑逻辑对应关系，通过三电平逆变器开关顺序的分析，将其移植到矩阵变换器中，可得到电压型四步换流策略；利用矩阵变换器对箝位二极管的等效，可得到电压型两步换流法，从而从另一方面印证了矩阵变换器的三电平特性。
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