一種新型矩陣式高頻鏈逆變器控制方法

摘要：基于拓撲解耦思想提出了一種針對矩陣式高頻鏈逆變器的新型控制策略。根據(jù)高頻逆變橋生成的高頻環(huán)的極性，將矩陣變換器的拓撲解耦成兩個常規(guī)的三相電壓源型逆變器，從而就可將常規(guī)電壓源逆變器的控制方法引入到對矩陣變換器控制當(dāng)中，簡化了對矩陣變換器的分析。進行了實驗研究，結(jié)果表明該控制方法具有較好的控制效果。
關(guān)鍵詞：高頻鏈；矩陣變換器；雙向橋臂；解結(jié)耦；準(zhǔn)載頻

0 引言
DC／AC逆變技術(shù)在新能源開發(fā)、交流電機的傳動、不間斷電源(UPS)、有源濾波器等許多場合得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的逆變器雖然技術(shù)成熟可靠，但存在體積大、笨重、音頻噪音大、系統(tǒng)動態(tài)性能差等缺點。變壓器作為逆變器中的核心元件，在實現(xiàn)電源側(cè)和負載側(cè)電氣隔離的同時，也起到傳輸功率的作用。然而由于傳輸功率的是基波，使得逆變器中采用的傳統(tǒng)工頻變壓器體積、重量在裝置所占分量較大，成為提高裝置功率密度的主要障礙。高頻鏈逆變技術(shù)利用高頻變壓器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工頻變壓器，克服了以上缺點，減小了變壓器的體積和重量。
本文將矩陣變換器中的直流變換到三相交流的拓撲和高頻鏈技術(shù)相結(jié)合，提出了一種新型控制策略。該控制策略利用工作于PWM調(diào)制模式的高頻逆變橋生成的高頻環(huán)電壓方波經(jīng)高頻變壓器升壓后作為后級矩陣變換器的輸入。對于后級矩陣變換器，利用“拓撲解耦”思想將其解耦成兩個常規(guī)的電壓源逆變器，從而可將常規(guī)電壓源逆變器的控制方法引入其中，分別對單個電壓源逆變器進行控制，最后通過后級矩陣變換器功率器件適當(dāng)?shù)拈_關(guān)組合，將高頻環(huán)方波整形成單極性的高頻脈沖，經(jīng)過濾波器后輸出與調(diào)制波同頻率的低頻正弦波。將PWM控制策略和高頻變壓器構(gòu)成高頻鏈并與矩陣變換器拓撲相結(jié)合也是本文的創(chuàng)新點所在。對所提控制策略進行了實驗研究，實驗結(jié)果驗證了該控制策略的可行性。

1 電路拓撲及控制策略
直流變換到三相交流矩陣式高頻鏈逆變器的主電路拓撲如圖1所示。主電路的前級由單相全橋電路和高頻變壓器組成高頻逆變橋，后級由矩陣變換器和輸出濾波電路組成。高頻逆變橋生成的高頻環(huán)方波由矩陣變換器對其進行解調(diào)，由濾波電路濾除高次諧波，從而在輸出濾波電路兩端解調(diào)到與調(diào)制波同頻的交流脈沖電壓，控制結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。