双级矩阵变换器的容错调制策略研究分析 机械制造专业VIP专享VIP免费

摘要双级矩阵变换器(Two-stageMatrixConverters,TSMC)是一种三相AC-DC-AC两级变换结构，与传统变换器和常规矩阵变换器相比，双级矩阵变换器因其具有输入输出性能更好、结构紧凑、换流简单、可靠性高等优点而得到广泛的研究。本文对双级矩阵变换器的调制策略以及容错调制策略进行了研究，主要内容包括：(1)简单地介绍了双级矩阵变换器的研究背景和意义，对常规矩阵变换器的研究发展情况，并介绍了双级矩阵变换器研究概况、容错调制策略研究的意义和容错策略的研究现状。(2)详细地介绍了双级矩阵变换器的拓扑结构及其工作原理，给出本文所研究的拓扑结构。(3)简单地介绍了已有的矩阵变换器的调制策略并将它们进行了对比，通过比较各种调制策略的优缺点，决定在本文中使用整流级无零矢量的双空间矢量调制策略，对该调制策略进行了详细的介绍，并且进行了仿真研究，并对仿真结果进行了分析。(4)介绍了已有的几种已有的容错调制策略，提出了全双向开关型双级矩阵变换器的拓扑结构，对全双向开关型双级矩阵变换器的工作原理和调制策略进行了介绍。(5)在全双向开关型双级矩阵变换器拓扑结构的基础上，进行了容错调制策略的研究，分别对整流级一个双向开关断路、整流级两不同侧双向开关断路、逆变级双向开关断路、逆变级双向开关短路、逆变级单管断路和逆变级单管短路进行了容错策略的研究，介绍了每种故障情况下的容错原理并给出了容错状态下各开关的控制信号。(6)对全双向开关型双级矩阵变换器容错策略进行了仿真研究，并对仿真结果进行了分析。关键词：双级矩阵变换器；空间矢量调制；全双向开关型双级矩阵变换器；容错调制策略2双级矩阵变换器工作原理2Theoperatingprincipleoftwo-stagematrixconverter2.1双级矩阵变换器的开关传递函数(Switchingtransferfunctionoftwo-stagematrixconverter)将九个双向开关按照图2.1左图的形式进行排列就形成了常规矩阵变换器的拓扑结构。图2.1常规矩阵变换器和双级矩阵变换器的拓扑结构Figure2.1Topologyofconventionalmatrixconvertersandtwo-stagematrixconverters常规矩阵变换器的输入和输出之间的关系可以写作为：(2.1)式中，、、为三相输出电压，、、为三相输出电压，为常规矩阵变换器的开关变换矩阵，或者称为常规矩阵变换器的开关函数。(2.2)式2.2是双级矩阵变换器的输入输出变换关系。是指常规矩阵变换器中输入k相和输出j相之间的双向开关的通断状态，k∈{a，b，c}，j∈{A,B,C}，=0代表开关关断，=1代表开关开通。假设变换器在输入和输出之间存在一个直流电压，该电压的正负极电压分别为Up、Un，那么其与三相输入电压和三相输出电压的关系如下式：(2.3)2aapapbpcpbbnanbncnccUUUSSSUTUUSSSUU(2.4)式中，代表输入k相与直流电压正极或负极的双向开关的状态，代表直流电压正极或负极与输出j相的双向开关的状态，k∈{a,b,c}，w{p,n}∈，j∈{A,B,C}。从式(2.4)可以看出三相输入与直流电压之间存在一个整流级(交-直)结构，从式(2.3)可以看出三相输出与直流电压之间存在一个逆变级(直-交)结构。将它们组合在一起就形成了双级矩阵变换器的拓扑结构，其结构与交直交(AC-DC-AC)变换器结构相似。因此双级矩阵变换器输入输出电压之间的关系式也可以根据上面两式推导得到：(2.5)式中，T为双级矩阵变换器的总开关变换矩阵，将其与式2.2中的T对比我们可以得出结论：当时，对应于常规矩阵变换器的=1；当时，对应于常规矩阵变换器的=0。所以通过与常规矩阵变换器的对比，可以得到，该结论表明双级矩阵变换器和常规矩阵变换器的变换功能是相同的，两者的开关函数是对应的，双级矩阵变换器的任何开关状态都有相应的常规矩阵变换器开关状态来对应。虽然两种不同拓扑结构的矩阵变换器具有相同的变换功能和一致的开关函数，但是由于它们在拓扑结构上的不同，导致了两种矩阵变换器的调制策略不能相同。2.2双级矩阵变换器的典型拓扑结构(Typicaltopologyoftwo-stagematrixconverter)双级矩阵变换器的拓扑结构是直流环节无需储能环节的三相交直交两级变换结构。双级矩阵变换器的开关采用双...