矩阵变换器

与其它变频电路相比，矩阵式变频电路具有以下特点：１）输出电压为正弦波，输出频率不受电网频率的限制。

２）输入电流也可控制为正弦波且和电压同相，功率因素为１，也可控制为需要的功率因素。

３）能量可双向流动，适用于交流电动机的四象限运行。

４）没有中间的直流环节，效率较高。

５）可现实频率、幅值、功率因素等的独立控制。

常用的三相矩阵拓扑结构如图１所示。

２　矩阵式变换器的基本原理对三相交流电压ｅα、ｅｂ、ｅｃ进行ＰＷＭ控制，假定开关频率足够高，则其输出电压Ｖα、Ｖｂ、Ｖｃ为： （１）其中Ｔｃ为一个开关周期，ｔ１、ｔ２、ｔ３等为一个开关时间内的导通时间。

其中ｔ１１＋ｔ１２＋ｔ１３＝Ｔｃ （２）即矩阵的每行时间和为Ｔｃ。

基于ＭＡＴＬＡＢ的三相矩阵变换器的建模与仿真分析王田 钱平 上海应用技术学院电力电子与电力传动 ２００２３５１　引言近年来，出现了一种新颖的矩阵式变频电路，这种电路是直接变频电路，控制方式不是相控而是斩控方式。

由于其具有诸多理想特性成为国内外研究的热点之一。

这里我们把称为调制矩阵，并记作为Ｔ。

因此我们可以把（１）式缩写为：Ｖ＝Ｔ＊ｅ （３）根据阻感负载电流具有电流源的性质，负载电流的大小是由负载的需要决定的，在矩阵式变频电路中，９个开关的通断情况确定后，即Ｔ矩阵中各元素确定后，输入电流电流和输出电流的关系也就确定了。

实际上，其输出电流与输入电流的关系如下式： （４）可缩写为： （５）其中指输入电流矩阵，为输出电流矩阵。

为调制矩阵的转置矩阵。

对一个实际系统来说，输入电压和所需要的输出电流是已知的。

设其分别为 （６）图１ 矩阵变换器的拓扑结构图２ 双向开关封装前后图 （７）图５ 负载三相电压与电流图６ ＰＷＭ控制图图４ 矩阵变换器的三相仿真图图３ 一组双向开关封装前后图其中Ｕｉｍ、Ｉｏｍ为输入电压和输出电流的幅值；ωｉ、ωｏ为输入电压和输出电流的角频率；φｏ为相应于输出频率的负载阻抗角，这样希望的输出电压和输入电流就分别为：（８）（９）能够求得式（８）和（９）的调制矩阵Ｔ，就可得到式中所希望的输出电压和输入电流。

矩阵式变换器交流励磁的变速恒频风力发电系统研究结合矩阵式变换器、交流励磁发电技术和矢量控制的优点，建立了矩阵式变换器供电的变速恒频交流励磁风力发电机定子磁场定向的矢量变换控制系统模型，该系统能够在不同风速下最大程度地获得风能，高质量发电，并实现有功、无功功率的独立调节。

仿真结果展现了系统的优良特性，验证了该方案的正确性和有效性。

标签变速恒频风力发电；矩阵式变换器；交流励磁引言：随着环境保护要求的日益提高和一次性能源的日趋耗尽，开发洁净无污染的后续能源已成为当务之急。

风能作为一种可再生能源近年来受到广泛的重视，风力发电愈来愈高技术化、高性能化。

风力发电机并网发电时，要求输出频率和电网频率一致。

采用变速恒频方式可以提高风能的获取和转换利用率，是很适合风力发电的运行方式，也是它的发展方向。

变速下实现恒频发电的方法众多，其中一种方案是交流励磁发电，它采用变频器实现双馈发电机的交流励磁，变频器只需供给转差功率，大大减小了容量的需求。

此时发电系统可根据风力机的转速变化调节励磁电流的频率，实现恒频输出；通过改变励磁电流的幅值和相位实现发电机有功、无功功率的独立调节，这应是变速恒频发电中的优化方案。

1.交流励磁变速恒频风力发电原理交流励磁发电机从结构上看就是一台绕线式异步电机，转子上采用三相对称分布的励磁绕组，对称交流电励磁，且励磁电压的频率、大小、相位、相序都可根据系统要求加以控制。

交流励磁发电机转速不同于同步转速，但由于其转子实际转速加上交流励磁产生的旋转磁场的转速（方向可以相同或相反）等于同步转速，则在电机气隙中形成一个同步旋转磁场，在定子侧感应出同步频率的感应电势。

因此有的称交流励磁发电机为“异步化同步发电机”。

正是由于交流励磁发电机励磁控制自由度的增加，才使得该类电机具有超越传统同步发电机的性能，其主要表现在：（1）当交流励磁发电机稳态运行时，其转子励磁频率可根据所需电机的转速加以控制，以满足机电能量转换条件：ωs =ωr±ωf，其中ωs为电网角频率，ωr为转子旋转角速度，ωf为励磁电压角频率，因此可实现变速恒频发电；（2）交流励磁发电机励磁磁场的大小以及相对转子的位置决定于励磁电压的大小、频率及其与定子电压的相位关系，采用适当的控制策略后，可使发电机输出的有功、无功功率独立调节。

模块化多电平矩阵变换器的控制研究摘要：本文研究了一种新型的模块化多电平矩阵变换器（MMC）控制方法，该方法将传统MMC的控制方式进行改进，使其具有更高的可靠性和更好的控制性能。

在该方法中，将MMC划分为多个单元模块，每个单元模块都由一个独立的控制器控制，同时，使用一种新型的状态估计算法，提高了MMC的控制精度和稳定性。

通过仿真实验和实际硬件实验验证了该方法的可行性和有效性。

关键词：模块化多电平矩阵变换器；控制；单元模块；状态估计算法1. 引言随着电力系统的快速发展和对电力品质的日益重视，多电平矩阵变换器（MMC）作为一种新型的柔性交直流转换装置被广泛应用。

传统MMC的控制方法主要是基于模型预测控制和PI控制，虽然这种控制方法具有一定的控制精度和稳定性，但是在实际应用中，MMC存在着许多难以克服的问题，如控制精度低、容易产生谐波、并网容易出现故障等问题。

因此，如何提高MMC的控制性能、降低控制成本是一个非常重要的问题。

2. MMC的模块化控制针对MMC存在的问题，本文提出一种新的模块化控制方法。

该方法将MMC划分为多个单元模块，每个单元模块由一个独立的控制器控制。

这种模块化的控制结构不仅可以降低整个控制系统的复杂度，而且可以降低成本，提高可靠性。

同时，由于单元模块能够独立地进行相应的控制策略，因此可以更加精细地控制MMC，从而提高控制性能。

3. MMC的状态估计算法为了更加精确地估计MMC的状态，本文提出了一种新型的状态估计算法。

该算法基于扩展卡尔曼滤波器（EKF）和输出反馈控制器（OFC），通过对MMC的状态进行动态估计，可以准确、全面地反映MMC的工作状态，从而实现对MMC的高效控制。

4. 仿真与实验验证为了验证模块化MMC控制和状态估计算法的有效性，本文进行了一系列的仿真和实验研究。

仿真结果表明，模块化控制结构可以有效地降低MMC的谐波含量，提高MMC的并网能力和控制精度。

同时，状态估计算法可以准确地反映MMC的状态，从而实现更好的控制效果。