一种新型矩阵式高频链逆变器控制方法

摘要：基于拓扑解耦思想提出了一种针对矩阵式高频链逆变器的新型控制策略。根据高频逆变桥生成的高频环的极性，将矩阵变换器的拓扑解耦成两个常规的三相电压源型逆变器，从而就可将常规电压源逆变器的控制方法引入到对矩阵变换器控制当中，简化了对矩阵变换器的分析。进行了实验研究，结果表明该控制方法具有较好的控制效果。
关键词：高频链；矩阵变换器；双向桥臂；解结耦；准载频

0 引言
DC／AC逆变技术在新能源开发、交流电机的传动、不间断电源(UPS)、有源滤波器等许多场合得到了广泛的应用。传统的逆变器虽然技术成熟可靠，但存在体积大、笨重、音频噪音大、系统动态性能差等缺点。变压器作为逆变器中的核心元件，在实现电源侧和负载侧电气隔离的同时，也起到传输功率的作用。然而由于传输功率的是基波，使得逆变器中采用的传统工频变压器体积、重量在装置所占分量较大，成为提高装置功率密度的主要障碍。高频链逆变技术利用高频变压器代替传统的工频变压器，克服了以上缺点，减小了变压器的体积和重量。
本文将矩阵变换器中的直流变换到三相交流的拓扑和高频链技术相结合，提出了一种新型控制策略。该控制策略利用工作于PWM调制模式的高频逆变桥生成的高频环电压方波经高频变压器升压后作为后级矩阵变换器的输入。对于后级矩阵变换器，利用“拓扑解耦”思想将其解耦成两个常规的电压源逆变器，从而可将常规电压源逆变器的控制方法引入其中，分别对单个电压源逆变器进行控制，最后通过后级矩阵变换器功率器件适当的开关组合，将高频环方波整形成单极性的高频脉冲，经过滤波器后输出与调制波同频率的低频正弦波。将PWM控制策略和高频变压器构成高频链并与矩阵变换器拓扑相结合也是本文的创新点所在。对所提控制策略进行了实验研究，实验结果验证了该控制策略的可行性。

1 电路拓扑及控制策略
直流变换到三相交流矩阵式高频链逆变器的主电路拓扑如图1所示。主电路的前级由单相全桥电路和高频变压器组成高频逆变桥，后级由矩阵变换器和输出滤波电路组成。高频逆变桥生成的高频环方波由矩阵变换器对其进行解调，由滤波电路滤除高次谐波，从而在输出滤波电路两端解调到与调制波同频的交流脉冲电压，控制结构框图如图2所示。