基于双空间矢量调制方法分析矩阵变换器

矩阵变换器的控制是一项复杂的任务。对矩阵变换器应用双空间矢量调制方法进行了详尽的分析，利用Matlab／Simulink软件并借助于其中的S函数进行了仿真。结果证明，这种调制策略使整个调制时间缩短，设计可靠，矩阵变换器复杂的控制过程被简化了，输出线电压是正弦性很好的PWM波形。给实际研究和设计提供了方便。 【基于双空间矢量调制方法分析矩阵变换器】 矩阵变换器是一种先进的电力电子设备，其控制技术相较于传统的AC/DC/AC变换器更为复杂。本文着重探讨了矩阵变换器的双空间矢量调制（SVM）方法，旨在简化控制过程并优化输出线电压的波形。 传统的AC/DC/AC变换器由于存在直流环节，导致体积大、重量重，且谐波电流对电网造成干扰。矩阵变换器则克服了这些缺点，它没有大型储能元件，结构紧凑，能提供正弦输入电流，并具备可控的输入功率因数，可达1，且能实现四象限换流，适应性强，特别适合在极端环境下使用，如潮汐发电站。 双空间矢量调制策略是矩阵变换器控制的关键。该策略将矩阵变换器等效为虚拟整流器和虚拟逆变器，每个设备有6个有效空间矢量，分布在不同的扇区。通过对输入电流和输出电压的嵌套调制，共有36种可能的扇区组合。在调制过程中，通过占空比分配给相应的开关组合，实现对输入相电流和输出相电压的精确控制。 具体来说，每个扇区组合对应一组占空比，通过算法计算得出，以保证输入电流和输出电压的平滑过渡。例如，当虚拟整流器和逆变器都处于第一扇区时，有5种可能的相量组合，每种组合的作用时间由占空比决定。占空比的计算涉及到输入相电流的相角θi、输出线电压的相角θv以及调制比m。为了保证PWM周期的完整性，当4个非零占空比之和不足一个周期时，需补充零开关组合。 双空间矢量调制法不仅确定了开关间隔内电压矢量的占空比，还决定了其应用顺序，以优化波形质量。例如，在输入电流在4扇区、输出电压在5扇区的情况下，电压矢量在开关间隔中对称分布，零矢量每4个间隔使用一次，每次只有一个开关状态改变，以减少损耗。具体的开关时间由Look-up table确定，根据输入电压是线电压还是相电压来调整。 在实际应用中，占空比的顺序取决于输入电流和输出电压所在的扇区。如果两者的扇区都是奇数或偶数，占空比顺序为duty_a、duty_c、duty_d、duty_b；如果扇区一奇一偶，则顺序变为duty_d、duty_b、duty_c、duty_a。这种安排能确保不同占空比与相应相量的匹配，从而改善输出波形的质量。 双空间矢量调制方法为矩阵变换器的控制提供了有效的解决方案，使得调制过程更高效、设计更可靠，输出线电压为正弦性良好的PWM波形。通过Matlab/Simulink软件和S函数进行仿真，这一调制策略在理论和实践上都为矩阵变换器的研究和设计提供了便利。随着技术的不断发展，矩阵变换器有望在更多领域中发挥其独特优势，实现更加灵活和高效的电力转换。