单级矩阵变换器和稀疏矩阵变换器的比较研究

论文摘要

矩阵变换器是一种先进拓扑结构的“全硅”功率变换器,无需大容量的储能元件,具有体积小、输入输出波形理想、功率因数高、动态响应快以及可双向传输能量等普通交-直-交电力变换器所不具备的特点,近年来一直是研究的热点。作者简要介绍了单级矩阵变换器的拓扑结构、数学基础、工作原理及开关换流问题。在分析调制占空比矩阵法、空间矢量调制法的基础上,针对矩阵变换器在空间矢量控制下的多步换流死区效应,提出了一种新颖的带死区补偿的改进空间矢量调制策略,该策略根据负载电流的方向和输入相电压所在的扇区,判定换流死区引起的电压补偿量的极性,通过修正空间矢量作用时间的方法,能够补偿空间矢量调制下多步换流引起的死区效应,从而减少输出电流的谐波部分。传统单级矩阵变换器在具有其优点的同时,因开关器件数量多、电路结构不够简单、换流技术复杂、电压传输比较低以及PWM调制方法复杂等,造成其应用上的困难。针对这些情况,作者深入研究了一种新型的简化矩阵变换器拓扑——稀疏矩阵变换器,介绍了其拓扑结构、基本原理和控制策略,并分析了其零电流换流方法。对单级矩阵变换器和稀疏矩阵变换器分别进行了建模与仿真,给出了它们基于Matlab/Simulink的仿真波形,仿真结果证实了两种电路拓扑及其调制策略的正确性和可行性,验证了矩阵变换器的优良性能。仿真模型的建立为矩阵变换器的调制过程提供了方便的分析和调试工具,也为矩阵变换器的实际应用打下了一定基础。基于仿真结果,作者对传统单级矩阵变换器和稀疏矩阵变换器进行了比较研究,对照它们的电路结构和控制方法,得出了稀疏矩阵变换器与传统单级矩阵变换器相比的优越性——它在具有传统单级矩阵变换器的优点的同时,开关管个数较少,电路结构相对简单,整流侧开关管的导通与关断是在零电流矢量插入的时候进行,不需要很复杂的换流技术和调制策略,具有非常大的发展前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 矩阵变换器的提出
• 1.2 矩阵变换器的研究现状
• 1.3 本文研究的目的及意义
• 1.4 论文的结构安排
• 第二章 单级矩阵变换器的工作原理
• 2.1 单级矩阵变换器的基本结构与特点
• 2.2 单级矩阵变换器的数学基础
• 2.2.1 单级矩阵变换器开关模型
• 2.2.2 单级矩阵变换器的高频合成原理
• 2.3 单级矩阵变换器开关传输函数
• 2.4 单级矩阵变换器的换流策略
• 2.5 矩阵变换器的调制策略
• 2.5.1 调制占空比矩阵法
• 2.5.2 空间矢量法（SVM:Space Vector Modulation）
• 2.6 带死区补偿的矩阵变换器空间矢量控制策略
• 2.6.1 矩阵变换器的多步换流死区效应
• 2.6.2 多步换流输出电压损失定量分析
• 2.6.3 带死区补偿的矩阵变换器空间矢量调制策略
• 2.7 小结
• 第三章 单级矩阵变换器的仿真建模研究
• 3.1 系统功能框图
• 3.2 系统仿真模型的建立
• 3.3 仿真结果
• 3.4 小结
• 第四章 稀疏矩阵变换器的工作原理
• 4.1 引言
• 4.2 稀疏矩阵变换器的拓扑结构
• 4.3 稀疏矩阵变换器的控制策略
• 4.4 稀疏矩阵变换器的零电流换流策略
• 4.5 小结
• 第五章 稀疏矩阵变换器的建模与仿真
• 5.1 稀疏矩阵变换器的系统结构
• 5.2 稀疏矩阵变换器的仿真建模与实现
• 5.2.1 直-交变换器仿真模型的建立
• 5.2.2 交-直变换器仿真模型的建立
• 5.2.3 稀疏矩阵变换器系统仿真模型的建立
• 5.2.4 仿真结果
• 5.3 稀疏矩阵变换器与单级矩阵变换器的比较
• 5.4 小结
• 总结与展望
• 1. 总结
• 2. 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文