基于载波PWM的三电平间接矩阵变换器控制策略的研究

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。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 矩阵变换器的研究现状

1.2.1 矩阵变换器的概述

1.2.2 矩阵变换器的国外研究现状

1.2.3 矩阵变换器的国内研究现状

1.3 三电平变换器的研究现状

1.4 载波PWM方法的研究现状

1.5 本文研究的主要内容

第2章 TLIMC的SVPWM控制策略的研究

2.1.1 二极管钳位型TLIMC的拓扑结构

2.1.2 二极管钳位型TLIMC的工作原理

2.2 整流级调制策略

2.3 逆变级调制策略

2.4 整流级与逆变级开关序列优化

2.5 最大传输比的计算

2.6 本章小结

第3章 TLIMC的载波PWM控制策略的研究

3.1 整流级和逆变级的占空比组合

3.2 载波信号选取

3.3 整流级调制波的计算

3.4 逆变级调制波的计算

3.5 载波PWM方法与SVPWM方法的对比

3.5.1 两种方法在计算上的对比

3.5.2 两种方法在输出效果上的对比

3.5.3 两种方法在其它方面的对比

3.6 本章小结

第4章 TLIMC的仿真与结果分析

4.1 二极管钳位型TLIMC的仿真模型

4.2 SVPWM方法的仿真结果及分析

4.3 载波PWM方法的仿真结果及分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢