矩阵式变换器空间矢量调制谐波的分析及仿真.pdf

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1、第23卷第4期电力系统及其自动化学报Vo1．23No．42011年8月Proceedings0ftheCSU—EPSAAug．2011矩阵式变换器空间矢量调制谐波的分析及仿真李孟，任杰，刘元度(西安飞行自动控制研究所机电中心，西安710065一h～)～眦一州v㈣rxc．一¨一眦阳amr～一m一¨-～髓一t'三)m薹?_．扎一h～一m～e詈7～呲，～．一．二k坩一彻加．e墓_1一～．詈耋m一∞¨一_～m一～一吾)¨一摘要：矩阵式变换器工作时存在大量谐波，为分析产生的谐波，以间接空间矢量调制法为例，简要叙述了矩阵式变换器空间矢量调制策略的基本原理。在此基础上，首次提出“扇区谐波”的概念，给出

2、其基波分量的数学表示式，并对空间矢量调制策略带来的这种特有谐波作了量化分析，给出数值计算的结果和它的性质。并在Matlab／Simulink中进行建模和仿真，验证了分析结果的正确性。关键词：矩阵式变换器；空间矢量调制；扇区谐波；仿真中图分类号：TM46文献标志码：A文章编号：1003—8930(2O11)04～0095—05HarmonicAnalysisandSimulationofSpaceVectorModulationStrategyofMatrixConverterLIMeng，RENJie，LIUYuan—du(ElectricalMechanicalEngineeringC

3、enter，FlightAutomaticControlResearchInstitute，Xi'an710065，China)矩阵式变换器是一种直接变换型交流一交流靠地运行，是一个至关～重要一的～问一题。～从20世纪8O电力变换装置，具有优于传统脉宽调制年代出现矩阵式变换器雏形以来，国际上主要流行PWM(pulsewidthmodulation)变频器的特性：能着三类调制策略：直接传递函数法、空间矢量调制量双向流通、正弦输入与输出电流、可控的输入功法和双电压控制法，并取得较好的效果。为了进一率因数、输出电压幅值和频率均可独立调节，没有步简化调制方法，改善输入输出波形，学者们仍致中间直流

4、环节，体积小、重量轻、可靠性高等。由于力于研究更加新颖的调制方法。这些优点，使它在交流电机调速领域中具有广阔的l矩阵式变换器基本拓扑结构及原理应用前景。因而在交流调速系统中，使用矩阵式变换器驱动电动机，一方面能够实现较好的传动性矩阵式变换器是一种含有m×n个双向开关能，另一方面也可以满足日益严格的电网电能质量的单级电力变换器，可以将输入侧m相电压源直的要求。接连接至相负载。而常用的是三相一三相交流矩矩阵式变换器包含开关多，数学模型复杂，控阵式变换器，包括3×3共9个双向开关S，(—A，制烦琐。因此，实际应用中，采用理想的调制策略，B，C；一a，b，c)。每个双向开关都具有双向导通和在保证

5、输出电压质量的条件下，使系统能够稳定可关断的能力。三相一三相交流矩阵式变换器拓扑结收稿日期：2009—11—24；修回日期：2O10—01—28·96·电力系统及其自动化学报第23卷构如图1所示。脉宽调制技术就可以分别应用到虚拟整流器和虚通过9个双向开关的有序开断，把变换器输入拟逆变器上，从而实现对矩阵式变换器的端的恒幅、恒频电压，转变为幅值和频率可以任意调制[4]。改变的电压，供负载使用。双向开关的有序开断技2．1虚拟逆变器输出线电压空间矢量调制术，也称为调制策略。空间矢量调制法是矩阵式变根据空间矢量调制原理，矩阵式变换器输出线换器的主要调制策略之一。下面着重介绍空间矢量电压空间矢量可

6、以定义为调制方法。oU()1．一(UAB+UBCe+UcAe‘。)(1)0在虚拟逆变器部分，由于矩阵式变换器的输出f，、≥l'Jt≥{i相不能断路，所以必须满足同一输出相上有且只有“Ⅲ1．一一个开关导通。虚拟逆变器的6个开关管共有8种，j可能组合，分别为6个长度均为V的静止非零空间ab～CA／_h1矢量和2个零矢量，如图3所示，6个静止的非零空SAafSAB间矢量将平面平均分为6个扇区，括号中的符号表SBSBs“C／示空间矢量对应的开关状态，开关与正极接通表示／ScSCbScc，为P，与负极接通表示为n，、、“为旋转的图1矩阵式变换器拓扑结构空间矢量的三相坐标轴。Fig．1Topolog

7、yofmatrixconverter2矩阵式变换器空间矢量调制基本原理U3空间矢量调制法包括间接空间矢量调制法和直接空间矢量调制法。虽然间接空间矢量调制法与U4直接空间矢量调制法建立的模型不同，但是基本算法都是建立在空间矢量调制的原理上。可以证明，图3输出线电压空间矢量调制两种调制算法的结果是相同的。也就是说，两种调Fig．3Spacevectormodulationoftheoutputlinevoltage制过程和输出(输人)端