淺談儲能用矩陣式AC/DC變換器的控制

侯書毅

【摘要】隨著社會的發(fā)展以及科技的進(jìn)步，儲能用矩陣式AC/DC變換器得到了快速的發(fā)展，并且廣泛的應(yīng)用到各種機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品中。與傳統(tǒng)的變換器相比，其在性能以及穩(wěn)定性等方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢所在。儲能用矩陣式AC/DC變換器在應(yīng)用過程中不僅提高機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率，降低運(yùn)行成本，而且還能一定程度上提高其使用壽命。本文將通過對儲能用矩陣式AC/DC變換器優(yōu)勢進(jìn)行分析，進(jìn)而對AC/DC變換器工作原理以及矩陣式AC/DC變換器的調(diào)制方式進(jìn)行闡述，以供參考。

【關(guān)鍵詞】儲能用矩陣式變換器；AC/DC；優(yōu)勢；工作原理；調(diào)制方式

引言

儲能用矩陣式ACDC變換器作為一種新型器件得到了廣泛的應(yīng)用。其通過可控雙向開關(guān)針對能夠?qū)λ敵龅碾妷哼M(jìn)行合理的變換以及控制，并且還能生成任意頻率的輸出電壓，同時(shí)其所獲得的電流還能進(jìn)行雙向流動(dòng)，適用于各機(jī)械設(shè)備，不僅能夠提高設(shè)備性能，而且還能在一定程度上提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1.儲能用矩陣式AC/DC變換器優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的整流電路相比，矩陣式AC/DC變換器表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢所在，在矩陣式AC/DC變換器的應(yīng)用過程中，其不僅提高相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行效率以及穩(wěn)定性，而且還在一定程度上節(jié)約運(yùn)行成本。下面我們將就矩陣式AC/DC變換器的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行簡要說明：第一，在應(yīng)用過程中具有良好的儲能性能，并且具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快以及壽命長的特點(diǎn)。第二，輸出電壓能力強(qiáng)；第三，在電流輸入過程中，諧波含量相對比較低，并且其主要集中在高次諧波；第四，高校功率密度傳送；第五，輸出的功率因數(shù)可為負(fù)數(shù)、可以為負(fù)數(shù)、可以1；第六，在功率進(jìn)行輸送過程中可以進(jìn)行雙向傳輸；第七，通過應(yīng)用調(diào)制技術(shù)，AC/DC變換器將會具有輸出以及輸入兩種波形；第八，AC/DC變換器不僅體相對比較小，并且在結(jié)構(gòu)上相對比較緊湊，在串聯(lián)設(shè)備減少的情況下，其具有較高的傳輸效率，AC/DC變換器能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化。

2.儲能用矩陣式AC/DC變換器工作原理

由于矩陣式變換器進(jìn)行電壓調(diào)制過程中，其最大的電壓值只能達(dá)到0.866，因此，通常情況下矩陣式變壓器在應(yīng)用過程中被當(dāng)做降壓變壓器。然而，在應(yīng)用過程中一旦要進(jìn)行整流傳送，則可以將傳統(tǒng)的三相—三相變換器中的三相輸出合理的減去一相，從而將形成AC/DC矩陣式變換器。

若想從三相—三相變換器中合理的推演出矩陣式AC/DC變換器，其必須要充分的滿足以下三個(gè)基本條件：（1）在推進(jìn)過程中必須要滿足矩陣式AC/DC變換器工作原理；（2）矩陣式AC/DC變換器的輸出頻率必須為零；（3）矩陣式AC/DC變換器的直流電壓必須與相電壓的最大值相等。

矩陣式AC/DC變換器主要是由六個(gè)雙向開關(guān)構(gòu)成，其能夠進(jìn)行直接將三相交流電轉(zhuǎn)換成為輸出的直流電。由于矩陣式AC/DC變換器閉環(huán)控制系統(tǒng)在一定程度上行對不同負(fù)載和寬范圍輸入的變化情況起到一定的保護(hù)性作用，因此，在其進(jìn)行電壓輸送過程中表現(xiàn)出可控制性的特點(diǎn)。

矩陣式AC/DC變換器作為一種有交流直接轉(zhuǎn)換成為交流的設(shè)備產(chǎn)品，在其應(yīng)用過程中不需要直流電容。矩陣式AC/DC變換器具有諸多的優(yōu)勢所在，舉例來說，在雙向功率流動(dòng)的過程中，其能夠?qū)敵龅墓β室驍?shù)進(jìn)行有效的控制，形成一種具有緊湊性以及高可靠性的結(jié)構(gòu)等。同時(shí)通過空間矢量的調(diào)制方式能夠?qū)仃囀紸CDC變換器的六個(gè)雙向開關(guān)進(jìn)行有效的控制。

3.儲能用矩陣式AC/DC變換器的調(diào)制方式

間接性的空間矢量調(diào)制方式是根據(jù)“虛擬直流環(huán)節(jié)”基礎(chǔ)上所提出的一種控制方式，在理論上講矩陣式變換器等效于逆變器與整流器進(jìn)行虛擬性的連接，同時(shí)將空間矢量的調(diào)制用于對矩形式變換器的控制，分別對“虛擬逆變器”以及“虛擬整流器”脈寬進(jìn)行調(diào)制，從將其過程進(jìn)行有效的合成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可控的輸入功率因數(shù)、輸入、輸出波形。

3.1 儲能用矩陣式AC/DC變換器整流過程

實(shí)現(xiàn)整流的主要目的是為了能夠得到直流母線的虛擬性電壓值，并且能夠?qū)⑵涞妮斎牍β实囊驍?shù)值保持為1。這時(shí)產(chǎn)生的直流電壓主要是由三相電壓經(jīng)過矩陣式AC/DC變換器六個(gè)開關(guān)調(diào)制而形成的。通過矩陣式AC/DC變換器在電流輸入過程中不能發(fā)生短路現(xiàn)象不難看出，整流過程主要分為六種有效的開關(guān)狀態(tài)以及三種無效性的開關(guān)狀態(tài)。其中，六個(gè)有效開關(guān)分別與空間矢量六邊形的開關(guān)相對應(yīng)，然而三個(gè)無效開關(guān)也與三個(gè)矢量開關(guān)相對應(yīng)。同時(shí)任意一個(gè)位置上的空間矢量，都是由兩個(gè)相鄰開關(guān)是矢量而組成的。

3.2 儲能用矩陣式AC/DC變換器合成過程

由于矩陣式AC/DC變換器所輸出的電壓為直流電壓，而通過直流輸出的電流內(nèi)環(huán)以及電壓外環(huán)，能夠有效的得出矩陣式AC/DC變換器調(diào)制的主要策略。同時(shí)，根據(jù)大量的時(shí)間研究表明，矩陣式AC/DC變換器間接性空間矢量的調(diào)制方法不僅在操作上具有一定的便利性，而且還能在一定程度上降低矩陣式AC/DC變換器對控制電路的需求，通過這種方式則不需要在相電壓輸出的過程中進(jìn)行低頻諧波的引入，并且能夠?qū)崿F(xiàn)矩陣式AC/DC變換器的利用率電壓達(dá)到最大值，從而將實(shí)現(xiàn)對輸入的電流相位差進(jìn)行任意控制。

3.3 儲能用矩陣式AC/DC變換器雙電壓控制

矩陣式AC/DC變換器主要工作原理是通過各開關(guān)的開與關(guān)，按照一定的控制要求對了六個(gè)有效開關(guān)以及三個(gè)無效開關(guān)進(jìn)行合理的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)幅值頻率的變頻輸出，其中控制策略是在矩陣式AC/DC變換器實(shí)現(xiàn)過程中起到關(guān)鍵性的作用。雙電壓控制策略的主要原理是當(dāng)輸入以及輸出電壓在某一階段內(nèi)，通過兩個(gè)輸入電壓線與零電壓線進(jìn)行進(jìn)行組合，從而形成滿足三相對稱電壓相關(guān)要求的輸出線電壓。

4.結(jié)語

綜上所述，根據(jù)三相—三相矩陣式變換器數(shù)字模型以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理，進(jìn)而推出儲能用矩陣式AC/DC變換器。同時(shí)在儲能用矩陣式AC/DC變換器的應(yīng)用過程中，不僅機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且還在一定程度上降低設(shè)備的故障問題發(fā)生的機(jī)率，降低維護(hù)成本，促進(jìn)設(shè)備能夠在穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行。

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