电流型直接矩阵变换器及其解结耦调制策略的研究

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直接型矩阵变换器(Direct Matrix Converter,DMC)由双向开关管特殊结构构成,DMC可实现网侧的功率因数可调和网侧电流正弦,具有能量可双向流动、无中间储能环节、功率密度高等诸多优点。DMC凭借其优良特性在变频驱动、分布式发电、智能微网等领域具有广泛的应用前景。鉴于现有DMC调制策略的研究,为了更加灵活地控制DMC,本文提出了新的调制策略以及解决换流问题的优化的调制策略。在电流型三相-三相半桥DMC中,本文应用针对高频链矩阵式变换器提出的解结耦思路,结合电流型空间矢量调制(Space Vector Modulation,SVM),提出了方波解结耦空间矢量电流型混合调制策略,及电流型分离式调制和一体式调制方式,并电流型混合调制策略进行了模态分析,从理论上得出电流型分离式调制不能完成换流但电流型一体式调制能实现安全换流的结论。在方波解结耦空间矢量电流型混合调制策略的基础上,本文提出了正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)型解结耦思路和SPWM型解结耦空间矢量电流型混合调制策略,且该调制的电流型一体式调制方式能实现高频切换状态的安全换流。仿真结果表明所半桥DMC的两种调制策略可实现网侧电流正弦、网侧较高的功率因数、可变频输出电压电流。本文在分析了电流型三相全桥DMC和电流型三相半桥DMC的不同后,提出了适用于全桥DMC的单相方波解结耦空间矢量电流型混合调制策略和单相SPWM型解结耦空间矢量电流型混合调制策略,并采用相同思路的电流型一体式调制实现电路的安全换流。仿真结果验证了全桥DMC的两种调制策略的有效性和可行性。在电流型半桥DMC拓扑中,本文推导了两种混合调制的输入输出传输开关函数式;推导了SPWM型解结耦空间矢量电流型混合调制策略的电压传输比和共模电压;搭建了以控制输出电压为目的的闭环控制结构,仿真结果验证了控制结构的可行性。本文搭建了两种电流型DMC的实验平台,对各自的两种调制策略在纯阻性和阻感性负载下进行验证,实验结果进一步验证了两种DMC各自调制策略的有效性。
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