电流型高频链矩阵逆变器的研究.pdfVIP

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

摘要

随着电网智能化发展，对电能变换技术也提出了更高的要求。高频链矩阵

式逆变器结合了矩阵逆变器和高频链技术，因其高功率密度，功率因数可调等

优点而引起了广泛的关注。和电压型高频链矩阵逆变器相比电流型高频链矩阵

逆变器没有变压器二次侧电压尖峰问题成为研究的热点，在新能源并网和电机

驱动等领域有广泛的应用前景，所以对电流型高频链矩阵逆变器进行研究具有

重要意义。

首先，对电流型高频链矩阵逆变器拓扑进行分析，研究拓扑的工作原理，

双向开关的换流方法，确保不会在换流的时候造成短路。研究一种改进的九段

式SVPWM调制方法，在两个有效矢量之间穿插零矢量，实现全开关周期的两

步换流法。对研究的改进SVPWM调制方法进行了模态分析，并进行了仿真验

证。

其次，对电流型高频链矩阵逆变器的移相调制方法进行研究，分析传统的

单移相调制和双移相调制的工作原理。因为传统移相调制方法有反向功率大的

缺点，研究一种内双移相调制方法。该调制方法通过在前级全桥的输出电压增

加零电平，来减小输入侧电压电流方向不同产生的反向功率，实现减小功率回

流。并对内双移相调制和单移相调制以及双移相调制进行对比分析，通过仿真

验证。

再次，为了减小电流型高频链矩阵逆变器的电流应力，研究一种电流优化

方法。通过对电流型高频链矩阵逆变器的高频变压器上的电压电流进行傅里叶

分析，取傅里叶级数的基波近似，得到电流应力和传输功率的关系式。利用拉

格朗日算子法来求得在固定功率下的最小电流应力的参数，并通过仿真验证研

究的优化方法的正确性。

最后，根据理论分析确定所需要的元件参数，进行硬件设计，包括主电路

开关管选型，高频变压器设计，驱动电路设计以及输出滤波器设计。搭建硬件

实验平台，并利用FPGA作为控制器，在硬件实验平台上验证所研究的两种调

制方法。

关键词：高频链；移相控制；SVPWM；矩阵变换器

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

Abstract

Withthedevelopmentofintelligentpowergrids,higherrequirementshavebeen

putforwardforenergyconversiontechnology.Thehigh-frequencylinkmatrix

invertercombinesmatrixinverterandhigh-frequencylinktechnology,andhas

attractedwidespreadattentionduetoitshigh-powerdensity,adjustablepowerfactor,

andotheradvantages.Comparedwithvoltagebasedhigh-frequencylinkmatrix

inverters,currentbasedhigh-frequencylinkmatrixinvertershavebecomea

researchhotspotduetotheirlackoftransformersecondarysidevoltagespikes.

Theyhaveapplicationprospectsinnewenergygridconnectionandmotordrive

fields.Therefore,researchoncurrentbasedhigh-frequencylinkmatrixinvertersis

ofgreatsignificance.