矩阵变换器高性能过调制方法及高精度普适性网侧功率因数控制研究

The maximum voltage transfer ratio of matrix converter(MC) with space vector pulse width modulation in the linear region is 0.866, which seriously restrains its application in the field of AC drive. There exists the defects of low control precision and difficult to expand and not in-depth analysis in the existing power factor methods of MC..The research object is 3×3 direct MC in the project, it fulfills practical key technologies of MC from three aspects including over-modulation method and power factor control and common-voltage restrain and output voltage waveform quality optimization in this two conditions. It is paid more attention on a new over-modulation method, which has the characteristic of lowest input current and output voltage total harmonic distortion under the premise of output voltage tracking referenced voltage. At the same time, the factors effected on power factor of MC are researched, based on this an universally high precise power factor control strategy is proposed, and adjustable range of power factor of MC is given by combing voltage-based communication strategy. Aiming at common-voltage and output waveform distorted of the conditions of over-modulation and power factor control, the corresponding suppression method and compensated strategy is put forward, striving to improve overall system performances. The research in the project provides theoretical basis for further improving the performances of MC and expanding applied ranges.

矩阵变换器采用空间矢量在线性调制区域最大电压传输比为0.866，这严重影响了其在交流传动领域的应用。矩阵变换器已有功率因数控制方法存在控制精度低、拓展应用型不强和研究不够深入的缺点，仍然缺少一种具有高精度普适性优点的控制策略。.本项目以3×3直接矩阵变换器为研究对象，试图从过调制、功率因数控制和在此两种工况下的共模电压抑制与输出波形质量优化三个方面完成实用化关键技术的研究。重点探究新型过调制方法，使之在满足输出电压跟踪期望电压的前提下，尽可能降低输入电流和输出电压谐波含量；同时，对影响矩阵变换器功率因数的因素展开研究，在此基础上提出一种具有高精度普适性优点的功率因数控制方法，并结合电压型换流策略，给出功率因数的调节范围。针对过调制和功率因数控制下共模电压和波形畸变提出相应的抑制和补偿策略，力求提升系统整体运行性能。本项目的研究为进一步提高矩阵变换器的运行性能和拓展应用范围提供了理论基础。

与传统变换器相比，矩阵变换器具有输入功率因数可调、输入输出可同时控制为正弦波、功率密度高和能量可双向流动等优点，非常适用于交流调速和电力变压器等中，而矩阵变换器采用空间矢量在线性调制区域最大电压传输比为0.866，同时网侧功率因数控制比较低，这些严重影响了其在交流动领域的应用。为此，本项目主要针对矩阵变换器电压传输比低和网侧功率因数控制精度低等问题开展研究。.通过大量的理论分析、仿真研究以及实验验证，利用矩阵变换器间接空间矢量调制的特点，分析了矩阵变换器电压传输比线性区最大为0.866的原因，重点探讨了圆形矢量、六边形矢量和基本矢量在参考输入输出矢量中权重对输入输出性能的影响，据此设计了参考输入输出矢量的组合形式以及权重因子，并提出了多种空间矢量过调制策略，可以有效降低输入电流谐波和输出电压误差；建立了矩阵变换器等效数学模型，并分析了网侧功率因数的影响因素，提出适用于矩阵变换器的高精度网侧功率因数控制策略，其能够满足不同负载工况的运行需要；探讨了矩阵变换器共模电压的影响因素，获得一种适用于过调制下的共模电压抑制方法，即通过选择合适的零矢量；研制了原理样机，并进行了实验验证。.本项目针对矩阵变换器高性能过调制方法和高精度的网侧功率因数控制策略展开研究，极大的扩大了矩阵变换器的调速范围和网侧功率因数的控制性能；通过采用共模电压抑制策略，提高了矩阵变换器的运行性能，增强了其与传统变频器的竞争优势，有利于推动和扩大其工业化应用。