电流型控制三电平交流变换器研究(2)
多电平技术是解决这一问题的常用方法。同时，多电平技术用较多的电平数去逼近所希望得到的波形，使输出电压或电流的质量大大提高、谐波含量减小，开关频率也可以相应降低。在中高电压大功率变换器中，主要采用三电平变换器拓扑。在这种电路中主功率开关仅承受直流母线电压的一半，所以特别适用于高压大功率场合，成为目前电力电子电路研究的热点。
目前，国内外学者就如何简化电路拓扑、减少功率变换级数获得功率密度较高的多电平AC/AC直接变换器、寻求合适可靠的控制策略展开了研究。
1.2 AC/AC变换器的应用前景
AC/AC变换器是运用功率半导体器件，将某一频率和幅值的交流电能转换成同一或另一种频率和幅值的交流电能的一种变流装置，供交流负载用电。
交流稳压器是AC/AC变换器典型应用之一。由于电网容量的不足，特别是输变电和各种配电设备的性能和质量问题，各种用电设备配置的合理性以及设备之间的相互影响等因素，使供电系统终端的供电质量受到了严重的影响。在电网中存在着过压、欠压、瞬时跌落、故障导致停电、浪涌以及尖峰脉冲等高频干扰。这些设备的使用是为了保证并改进交流供电质量，特别是交流稳压器和UPS，它们已经成为交流供电系统必备的终端设备，不仅可以全面的改善供电质量，同时还具备对负载进行保护和协助使用者对供电系统进行管理的功能，因此交流稳压器已经成为交流供电系统中的重要环节。
交流调压器也是AC/AC变换器应用领域之一。工频变压器广泛应用于工矿企业、科研院所和大学实验室等领域，实现了高效率传递功率，AC/AC变压与电气隔离等功能。由于传统的工频变压器体积大且笨重，音频噪音大，无稳压功能，对非线性负载供电时谐波污染电网现象严重，满足不了电力电子设备标准化的需要。
因此，多电平AC/AC直接变换器的研究，对于获得新一代高性能交流稳压器、电子变压器、交流调压器与同频波形变换器，具有十分重要的意义。
1.3 AC/AC变换技术
随着功率电子变换技术的发展，功率变换器已被广泛应用于交-交型变换中。按照有无中间直流环节，交-交型变换器可分为间接AC/AC变换(AC/DC/AC)型和直接AC/AC变换型两大类，其中直接AC/AC功率变换技术是当今电力电子技术研究的一个重要方面：按照交流负载与交流电网是否有电气隔离来分，AC/AC变换器可分为非电气隔离和电气隔离型两类。
直接AC/AC变换器主要可分为可控硅单相调压电路、可控硅相控变频器、具有谐振交流环节的AC/AC变换器、矩阵变换器、基于DC/DC拓扑的AC/AC直接变换器和具有低频或高频电气隔离环节的AC/AC变换器等几类。
1.3.1交-直-交型高频环节AC/AC变换器
将输入正弦交流电压整流滤波，然后再经过高频环节逆变成低频交流，便可构成交-直-交方案的高频环节AC/DC/AC变换器[4]，如图1.1所示。
图1. 1 基于高频交流环节的AC/DC/AC变换器电路结构
交-直-交型高频环节AC/AC变换器，存在三级功率变换（LFAC/HFAC/LFAC），电路拓扑复杂、体积重量大、变换效率低、电网谐波污染严重、单向功率传递、成本高等缺点。
1.3.2 直接AC/AC变换器
1.3.2.1 可控硅相控变频器
可控硅相控AC/AC变频器，采用两套并联的可控硅整流器向负载供电，可在负载侧获得大小和极性都可改变的输出电压，但同时也存在输出电压谐波含量多、波形质量不高、输入侧功率因数低、变换相应速度慢等缺点。
1.3.2.2 矩阵变换器
矩阵变换器是一种采用高频PWM技术将任意频率和电压的多相电源直接转换成另一种电源的AC/AC变换器，具有输入电流和输出电压均为正弦波形，功率因数高，双向功率流，无中间储能环节，输出电压幅值、相位、频率可以独立调节，控制复杂等特点。如图1.2所示，其中S1~S9为双向功率开关，用于阻断任意方向的电压和电流。对于三相输入到三相输出矩阵变换器进行控制时，要首先检测三相输入电压，从而根据输出电压的大小计算出S1~S9的导通时间，来控制各个开关管，从而得到输出电压[5]。
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