大功率矩阵变换器的安全换流技术及优化控制研究

矩阵变换器作为一种新型直接交-交电力变换器，已经成为电力电子领域的研究热点。而与传统交-直-交型变换器不同的是，矩阵变换器采用双向开关进行能量传输。目前大功率矩阵变换器仍然缺少一种较好的方法使得双向开关的换流过程快速安全、且方便简洁，这也很大程度上影响了其在大功率交流传动中投入实用。.本项目以3×3拓扑结构直接矩阵变换器为研究对象，试图从调制策略、换流策略和补偿方法三个方面完成实用化关键技术的研究。重点探究新型电压型换流策略，使之满足多种输入工况和不同负载的运行需要；同时，融合归纳多种调制策略之间的共性关系，从中提炼出一种兼有多种调制策略优点、能配合换流策略使用的新型调制方法，并针对调制方法引起的波形畸变，积极给出相应的补偿方案，力求提升系统的输出性能。.通过开展上述工作，为矩阵变换器的进一步应用提供基础理论和关键技术支撑，这也是当前电力电子领域面临的一项有开创性和实用性的研究课题。

矩阵变换器作为一种新型直接交-交电力变换器，已经成为电力电子领域的研究热点。而与传统交-直-交型变换器不同的是，矩阵变换器采用双向开关进行能量传输。目前大功率矩阵变换器仍然存在对各种电压型调制策略之间关系的认识不是很深入和电压型两步换流在输入相电压接近时易换流失败和对影响输出电压波形质量各因素的分析不够具体等缺点，这很大程度上影响了其在大功率交流传动中投入实用，展开此类问题的研究显得尤为迫切和重要。本项目以3×3拓扑结构直接矩阵变换器为研究对象，主要研究内容和取得的成果有：（1）分析了多种电压型调制策略之间的内在联系和同一性，得出AV调制法、改进AV调制法和双电压调制法均是空间矢量不同零矢量配置的结果，基于此提出了一种兼有双电压调制法和空间矢量调制法优点的调制策略；（2）针对传统电压型两步换流在输入相电压接近时易发生换流失败的问题，提出了基于过渡区间的电压型两步换流策略，并对输入功率因数变化、输入电压非正常和抑制共模电压时的换流策略进行了分析；（3）综合考虑了窄脉冲、开关管压降和开关器件结电容对换流过程的影响，对输出电压波形畸变进行有效控制，分轻载和重载两种情况分析电压型换流的具体过程，得到了不同换流过程下电压补偿的方法；（4）将矩阵变换器调制算法、换流策略与波形控制技术与异步电机的矢量控制技术和直接转矩控制相结合，获得了较好的调速性能，实现了矩阵变换器驱动异步电机的矢量控制和直接转矩控制。在国内外重要期刊和学术会议上发表论文14篇,被SCI收录两篇，被EI收录7篇；申请1项专利；培养2名博士生和3名硕士生。