矩阵变流器:技术述评

《专家点评》是"电力电子"杂志的重要特色栏目之一。我们将邀请电力电子行业中的知名专家,分别就运动控制、变换电源和电力电子元器件等电力电子主要分支中的某篇关键论文发表点评文章,进行导读,每期一篇。这些论文均由专家推荐,其内容基本上属两大范畴——[前沿]和[经典]。[前沿]介绍当今或今后国际上电力电子技术正在或将要开拓的热点课题,已经取得的成果,尚存的困难与问题,以及最新进展情况和文献。[经典]则是把世界上电力电子技术发展进程中称得上是里程碑式的技术精典论文予以重载,由专家分析这篇论文的主要贡献、对行业发展所起的作用、作者生平简介等。在专家点评文章的后面,我们以附录形式刊出被点评论文的详细译文摘要,以飨读者。希望本栏目能为国内从事电力电子研究、开发、生产、经营、推广的同行朋友,特别是年青科技人员了解前沿动向,了解专业历史提供方便。欢迎读者提出感兴趣的题目,推荐相关论文,以至提供自己的点评文章,我们亦将择优发表,与电力电子领域的同仁共享。《电力电子》

大功率变流技术与应用 (三)——矩阵变流器

矩阵变流器是强迫换相的PWM交-交直接变流器,即是直接的、完全对称的多相输入-多相输出网络,由电力电子开关组成,没有笨重的电感器和电容器。其优点是,输入电流为正弦形的,且功率因数高,双向功率流,不产生亚谐波分量。这种变流器满足电机调速、节能和电能质量管理对变流器所期望的电性能。文章系统地描述了矩阵变流器的原理、换流、调制,并介绍减少了开关器件的稀疏和超稀疏矩阵变流器。

基于模块化多电平矩阵变流器的可调速抽水蓄能系统

可调速抽水蓄能电站可以有效平抑新能源出力波动,增强电网对新能源发电的消纳能力。模块化多电平矩阵变流器(M3C)作为一种极具潜力的高电压、大容量、组合式多电平变流器,可以有效满足可调速抽水蓄能系统对超大容量交交电能变换装置的需求。为解决目前可调速抽水蓄能系统中电力电子变换装置容量小、谐波大、调节速度慢等问题,提出一种基于M3C的可调速抽水蓄能系统,可显著增强可调速抽蓄电站对电网的频率调节能力。为验证相关分析,搭建了10kW具有27个子模块的M3C实验平台,以全功率型M3C带感应电机为例,验证了M3C抽水蓄能系统在水泵及发电模式下的全频域运行特性。

矩阵变流器的控制策略研究

矩阵变流器的拓扑结构采取一个整流级连接逆变级,中间直流环节没有体积庞大的储能环节,使系统具有较高的功率密度、较高的功率因数和良好的输入输出波形。对基于间接矩阵变流器的调制策略进行了深入的研究。采用空间矢量调制策略对整流级和逆变级进行了调制。仿真验证了控制策略的正确性。

矩阵变流器的控制策略研究

矩阵变流器的拓扑结构采取一个整流级连接逆变级,并且中间直流环节没有体积庞大的储能环节,使该系统具有较高的功率密度。同时该系统还具有高功率因数和良好输入输出波形等优点,适用于交流调速系统以及其他的控制场合。本文对基于间接矩阵变流器的调制策略进行了深入的研究,采用空间矢量调制策略对整流级和逆变级进行调制,并仿真验正其控制策略的正确性。

矩阵变流器虚拟逆变侧无扇区调制算法

矩阵式变流器间接空间矢量调制算法通过"虚拟整流器"+"虚拟逆变器"相冗,运行工况复杂。该文通过虚拟整流侧三角函数分析,推出其SVPWM简化算法;提出虚拟逆变侧无扇区空间矢量脉宽调制,建立非正交K-L 120°坐标系,无需扇区判断直接求解虚拟逆变侧三相桥臂开关占空比。通过新型占空比与传统虚拟整流占空比区间结合,将常规矩阵式变流器虚拟整流+虚拟逆变调制算法扇区判断的36种工况缩减至18种,大大简化算法实现过程,提高计算实时性。仿真实验结结合控制模式进行综合调制,其空间调制占空比组合方式繁果表明了该方法的正确性和有效性。

应用在直驱风电领域的新型矩阵变流器

伴随风电行业直驱化、大容量中压化的发展,新型的全功率矩阵式交交变流器有了全新的应用领域。本文就矩阵式变流器的技术原理、应用在直驱风电领域的灵活结构以及系统技术特长进行了总结性的说明。

基于模块化设计的矩阵式变流器控制策略研究

在目前各领域对于电能转换特别是高效变频装置存在迫切需求的背景下,在详细分析模块化的矩阵式变流器的拓扑结构、开关状态和工作原理的基础上,设计了一套矩阵式变流器的控制策略。采用编程实现了数字化控制,并利用PSIM仿真软件对所设计的控制策略进行了验证,仿真结果证实,所设计的控制策略具有变频特性良好、谐波含量少、波形正弦性好等优势。该矩阵式变流器控制策略对高性能电力电子装置设计具有实际意义。

单相模块化多电平矩阵式变流器AC/AC同频变换桥臂能量控制方法研究

在电气化铁路牵引供电领域,单相AC/AC变换具有广泛的需求。模块化多电平变流器由于其模块化的结构、优良的输出电压波形、无需变压器等优点,在中高压大容量电能变换领域得到了广泛应用。采用AC/DC/AC变换方式的模块化多电平背靠背式变流器需要的功率模块数多、成本高;采用AC/AC变换方式的模块化多电平矩阵式变流器在输入输出电压同频时各桥臂能量容易发散,应用场合受限。本文针对单相模块化多电平矩阵式变流器,对其同频变换时的运行特性进行了理论分析。通过理论分析,得到了桥臂能量稳定条件,并进一步提出了一种桥臂能量均衡控制方法。通过MATLAB/Simulink的仿真实验,验证了桥臂能量稳定条件的正确性和所提出控制方法的有效性。

用于交流传动系统的矩阵式变流器和电压型变流器的设计与损耗比较(二)

比较了460V、7.5kW的异步电动机驱动用带有源输入滤波的矩阵式变流器和中间直流电压环节变流器。此外,还讨论了2种变流器中元件的数量、半导体元器件的损耗、输入滤波器的设计和保护等方面的内容。结果表明在半导体装机容量一样的2种变流器中,只有在满负荷运行时,矩阵式变流器中的半导体元器件的损耗才小一些。矩阵式变流器中可采用比额定电流等级低33%的主开关元件,而它们的热应力与电压型变流器中的相差无几。在矩阵式变流器中,无源器件的数量及其定额要略显优势。

串级调速系统中的变流技术

高压大容量电机采用的串级调速是高效稳定的调速方法,其变流技术直接决定了串级调速的调速性能。文章对基于不同变流器的串级调速系统进行分析与研究,对完善串级调速系统的设计、促进变流技术的发展有一定意义。