【摘 要】
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间接式矩阵变换器(Indirect Matrix Converter,IMC)是一种无直流储能元件、结构紧凑的AC/AC变换器,凭借着优越的性能在电能变换领域受到了广泛的关注。但传统IMC的电压传输比较低,最大仅为0.866,限制了IMC的高性能输出及实用化发展。为了解决这个问题,将Quasi-Z源网络引入到IMC的交流侧,得到了Quasi-Z源间接矩阵变换器(Quasi-Z Source Ind
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间接式矩阵变换器(Indirect Matrix Converter,IMC)是一种无直流储能元件、结构紧凑的AC/AC变换器,凭借着优越的性能在电能变换领域受到了广泛的关注。但传统IMC的电压传输比较低,最大仅为0.866,限制了IMC的高性能输出及实用化发展。为了解决这个问题,将Quasi-Z源网络引入到IMC的交流侧,得到了Quasi-Z源间接矩阵变换器(Quasi-Z Source Indirect Matrix Converter,QZS-IMC)。这种变换器不仅可以扩大系统的电压传输比范围,同时输入侧无需额外的滤波器。本文以QZS-IMC作为研究对象,结合Quasi-Z源网络位于交流侧的特点,对其采用状态空间平均法进行数学建模。后级IMC在非直通状态下有效输出,根据Quasi-Z源网络输出电压的瞬时关系推导出系统的升压因子及网络输出电压与电源电压的相角差,来保证后级IMC能够实现合理准确的调制,并给出系统的电压传输比。考虑到Quasi-Z源网络中存在着电感与电容等元件,会导致网侧电压与电流存在相位差,由此又分析了使网侧为单位功率因数的情况,将减少系统结构对无功的需求,提高用电质量。为了使IMC输出对称的三相正弦交流电压,采用空间矢量脉冲宽度调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)策略对QZS-IMC进行正确合理的调制。整流级的输入电压与电源电压相比幅值升高且波形存在相位变化,非直通状态下整流级采用含有零矢量的SVPWM策略,得到非直通状态下的占空比公式。逆变级采用经典的SVPWM策略,并与整流级协调配合来保证零电流换流。但由于SVPWM策略的调制过程中不仅包含复杂的三角函数计算同时还需分别判断整流级和逆变级的扇区,因此在此基础上又提出了适用于QZS-IMC的载波脉冲宽度调制(Carried Based Pulse Width Modulation,CBPWM)策略。构建一个对称的三角载波信号,与SVPWM策略得到的占空比公式结合分别得到两级的调制波公式。通过优化调整逆变级零矢量及有效矢量的排序,使计算出来的调制波表达式简单且有规律,再将调制波与载波进行数值比较并进行逻辑运算即可得到控制各功率开关的驱动信号。该方法可以在很大程度上简化SVPWM策略,更利于实际实现。最后,通过Matlab/Simulink平台搭建QZS-IMC的仿真模型,分别采用两种策略对QZS-IMC进行调制。仿真结果首先基于SVPWM策略验证了建模过程及公式推导的正确性,又证明了CBPWM策略针对QZS-IMC的有效性,为QZS-IMC的实用化研究提供了一定的参考和依据。
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