Saber高频环节矩阵式变换器的分析与设计(4)
1.3 本文研究的内容与意义
1.3.1 本文研究的内容
本文主要研究高频环节矩阵式变换器，研究内容是：
1）介绍了矩阵变换器的研究历程与发展现状。
2）阐述了高频逆变技术、矩阵变换技术的概念及其优缺点，对矩阵变换器中的双向开关模块进行了分析。
3）针对高频环节矩阵式变换器提出了两种控制方法：解结耦控制与单极性移相控制。基于不同形式的电路拓扑对两种方法进行了详细的介绍与分析。
4）以全桥全波式高频环节矩阵式变换器拓扑结构为例对单极性移相控制原理进行了稳态分析。
5）设计了 单极性移相控制高频环节矩阵式变换器电路，详细介绍了各部分电路构成和关键电路参数设计。
6）利用Saber 软件对电路进行了仿真研究，仿真结果验证了该控制策略的可行性。
1.3.2 本文研究的意义
本文的主要研究意义如下：
1） 本文论述了高频环节矩阵式变换器电路拓扑，提出的高频环节矩阵式变换器具有电路拓扑简洁、两级功率变换（DC/HFAC/LFAC）、双向功率流等特点。
2） 提出了比较新颖的解结耦思想，并加以分析；针对高频环节逆变器存在的电压过冲现象，提出了单极性移相控制方法，并进行稳态分析。
3） 利用Saber 软件对电路进行了仿真研究，仿真结果验证了单极性移相控制原理的可行性，对于进一步推进矩阵式变换器实用化及其深入研究都有着积极的意义。
2 高频环节矩阵变换理论
2.1 高频逆变技术概述
传统的逆变技术通常采用逆变器输出加一级工频变压器来实现电气隔离和电压调整[11]。为了滤除逆变器产生的高次谐波，输出滤波器是必不可少的。虽然该方法应用广泛，性能可靠、技术成熟，但是仍然存在着许多不足之处：
1）工频变压器体积大、笨重。
2）输出滤波器体积大、笨重。
3) 电路中储能元件的存在使得集成模块体积大、笨重。
4) 对于输入电压及负载的波动，系统的动态响应特性差。
因此，研究新型的既有优良控制性能和优良输入电流品质而成本又低、结构紧凑可靠的变换器已成为当前的发展趋势。Mr.Esplage于1997年提出了高频链逆变技术的新概念[12]，高频链逆变技术与常规的逆变技术最大的不同在于前者利用高频变压器实现输入与输出的电气隔离并进行能量流动，减小了变压器的体积和重量，降低了成本，提高了电能的利用率，显著提高了逆变器特性[12]。因此，此项技术引起了很多人的兴趣。按不同的标准分析高频链逆变器，可以有不同的划分形式。按负载相数可分为单相和三相；按功率能否双向流动可分为功率双向和功率单向两种形式；按电路的工作机理分为PWM式和谐振式两种类型；按功率变换器的类型可分为电压源(voltage mode或Buck mode)和电流源(current mode或 Buck-boostmode) 两种；按电路拓扑结构可分为DC-DC变换型高频链逆变器(DC-HFAC-DC-LFAC)和矩阵变换型高频链逆变器(DC-HFAC-LFAC )[13]。
2.2 矩阵变换技术概述
矩阵变换技术作为一种具有优良控制性能和发展前途的新型技术。它的研究工作在国内外引起了广泛的重视，己经取得了较大的成果。虽然矩阵式变换技术依然存在很多的问题有待进一步解决如输出电压传输比低是矩阵变换技术存在的主要缺点；如IGBT成本较高、控制电路较复杂，适合用于大功率的应用场合。然而，矩阵变换技术可以在变频调速中的应用研究既可产生节能的重大经济效益，又避免了因谐波污染带来电力系统环保问题，且具有以下优点：