矩阵变换器及其换流策略研究(3)
(1)具有良好的输出特性，可实现无谐波的电能变换；
(2)具有良好的输入特性，可在单位功率因数状态（功率因数为1）下运行；
(3)能够多象限运行，并实现能量双向流动以及承担多种电能变换目的；
(4) 有较高的电能变换效率；
(5)具有简单、紧凑的结构以及较高的功率密度[2]。
1.2 传统交流变换技术存在的问题
目前广泛使用的交流变频器一般采用“交－直－交（AC－DC－AC）”的形式，其主要优点是实现系统无级调速的效率高。但这种传统的变频器存在着需要较大的中间支撑电容，实现能量反馈需采用额外措施等问题。更重要的是，输入电流中的高次谐波含量较高，电流易发生畸变，电源输入侧功率因数较低，污染电网而影响其它电网负载的正常工作。
另一类变频器装置则采用“交－交”的形式，也存在两个缺陷：
(1) 输出频率低，并且当输出频率升高时，谐波分量增加。
(2) 由于采用相控方式，输入功率因数较低，谐波严重，对电能品质产生很大影响。所以，交－交变频器主要应用于低速、大功率的调速装置中。
由此可见，目前一般的交－直－交变频器和交－交变频器都存在无功功率和谐波污染，导致了电压波形的畸变，对电力设备造成严重危害。近年来，各种电力电子装置的大量运用，由这些电力电子装置产生的谐波引起的各种故障和事故层出不穷，使得公共电网的谐波污染日趋严重。谐波危害己引起人们的高度重视，防治电力公害已迫在眉睫[3,4]。
1.3 矩阵式电力变换器(MC：Matrix Converter)
综上所述，消除谐波和提高功率因数己成为电力电子领域中的前沿课题。因此，研制新型变频器已成为当前的发展趋势。在整个电力行业不断发展中产生了新型电力“绿色”变换器。所谓的“绿色”变换器应具有一些特点：良好的输出特性；高输入功率因素，消除对电网谐波的污染；采用双向开关，能量可以双向流动；满足四象限运行；无中间直流环节，结构紧凑，简单，体积小，效率高[5,6]。
矩阵变换器作为传统变频电路的一种替代和补充，被提上了日程，随着装置
朝着高压大功率、高功率因数、高频化、数字化的发展，矩阵式变换器也逐渐进
入实用化阶段。并且随着技术的不断成熟和装置成本的不断下降，矩阵式变换器
也将会在变频装置中占有一席之地，因此，对它做进一步的深入研究具有很大的
实际意义[7]。本文以矩阵式电力变换器为研究背景，研究交流-交流变换器中，双向开关的控制策略问题。
1.4 矩阵式电力变换器(MC：Matrix Converter)存在的问题
(1) 安全换流问题
矩阵变换器中各相双向开关之间的安全换流是矩阵式变换器研究中一个非常重要的问题。若各相双向开关之间换流时间与次序之间没有协调好，则矩阵变换器各相之间容易发生短路以及同时断路的情况。目前矩阵变换器普遍使用半软化四步换流方案[9]，这种方案提出的时间很早，目前国内外研究矩阵变换器相关的文献基本上都是使用四步换流的方案实现的。
（2）矩阵变换器固有缺陷
输出、输入电压传输比低是矩阵式变换器存在的固有缺陷，如何提高电压传输比是矩阵变换器在通用调速系统中的重要问题和应用障碍，如何设计合理的控制方案是矩阵变换器走向实用化需要解决的重要问题。
（3）控制方法
在控制方式上，目前研究多采用基于电压空间矢量调制的交一交直接变换法(双电压空间矢量PWM法)。但其存在抗干扰性能差的缺点，对矩阵变换器双向开关四步换流策略的研究造成极大困难[8]。本文采用坐标变换法控制策略，其各开关占空比有统一的计算公式，有利于四步换流的研究。但其输出、输入电压增益最大值为0.5，如何优化坐标变换法电压增益较低，使这种控制方式实用化并优化输入输出电压波形是值得研究的内容。