淺談儲能用矩陣式AC/DC變換器的控制

侯書毅

【摘要】隨著社會的發展以及科技的進步，儲能用矩陣式AC/DC變換器得到了快速的發展，并且廣泛的應用到各種機械設備產品中。與傳統的變換器相比，其在性能以及穩定性等方面表現出明顯的優勢所在。儲能用矩陣式AC/DC變換器在應用過程中不僅提高機械設備的運行效率，降低運行成本，而且還能一定程度上提高其使用壽命。本文將通過對儲能用矩陣式AC/DC變換器優勢進行分析，進而對AC/DC變換器工作原理以及矩陣式AC/DC變換器的調制方式進行闡述，以供參考。

【關鍵詞】儲能用矩陣式變換器；AC/DC；優勢；工作原理；調制方式

引言

儲能用矩陣式ACDC變換器作為一種新型器件得到了廣泛的應用。其通過可控雙向開關針對能夠對所輸出的電壓進行合理的變換以及控制，并且還能生成任意頻率的輸出電壓，同時其所獲得的電流還能進行雙向流動，適用于各機械設備，不僅能夠提高設備性能，而且還能在一定程度上提高設備運行的穩定性。

1.儲能用矩陣式AC/DC變換器優勢

與傳統的整流電路相比，矩陣式AC/DC變換器表現出明顯的優勢所在，在矩陣式AC/DC變換器的應用過程中，其不僅提高相關設備的運行效率以及穩定性，而且還在一定程度上節約運行成本。下面我們將就矩陣式AC/DC變換器的優點進行簡要說明：第一，在應用過程中具有良好的儲能性能，并且具有動態響應快以及壽命長的特點。第二，輸出電壓能力強；第三，在電流輸入過程中，諧波含量相對比較低，并且其主要集中在高次諧波；第四，高校功率密度傳送；第五，輸出的功率因數可為負數、可以為負數、可以1；第六，在功率進行輸送過程中可以進行雙向傳輸；第七，通過應用調制技術，AC/DC變換器將會具有輸出以及輸入兩種波形；第八，AC/DC變換器不僅體相對比較小，并且在結構上相對比較緊湊，在串聯設備減少的情況下，其具有較高的傳輸效率，AC/DC變換器能夠實現模塊化。

2.儲能用矩陣式AC/DC變換器工作原理

由于矩陣式變換器進行電壓調制過程中，其最大的電壓值只能達到0.866，因此，通常情況下矩陣式變壓器在應用過程中被當做降壓變壓器。然而，在應用過程中一旦要進行整流傳送，則可以將傳統的三相—三相變換器中的三相輸出合理的減去一相，從而將形成AC/DC矩陣式變換器。

若想從三相—三相變換器中合理的推演出矩陣式AC/DC變換器，其必須要充分的滿足以下三個基本條件：（1）在推進過程中必須要滿足矩陣式AC/DC變換器工作原理；（2）矩陣式AC/DC變換器的輸出頻率必須為零；（3）矩陣式AC/DC變換器的直流電壓必須與相電壓的最大值相等。

矩陣式AC/DC變換器主要是由六個雙向開關構成，其能夠進行直接將三相交流電轉換成為輸出的直流電。由于矩陣式AC/DC變換器閉環控制系統在一定程度上行對不同負載和寬范圍輸入的變化情況起到一定的保護性作用，因此，在其進行電壓輸送過程中表現出可控制性的特點。

矩陣式AC/DC變換器作為一種有交流直接轉換成為交流的設備產品，在其應用過程中不需要直流電容。矩陣式AC/DC變換器具有諸多的優勢所在，舉例來說，在雙向功率流動的過程中，其能夠對輸出的功率因數進行有效的控制，形成一種具有緊湊性以及高可靠性的結構等。同時通過空間矢量的調制方式能夠對矩陣式ACDC變換器的六個雙向開關進行有效的控制。

3.儲能用矩陣式AC/DC變換器的調制方式

間接性的空間矢量調制方式是根據“虛擬直流環節”基礎上所提出的一種控制方式，在理論上講矩陣式變換器等效于逆變器與整流器進行虛擬性的連接，同時將空間矢量的調制用于對矩形式變換器的控制，分別對“虛擬逆變器”以及“虛擬整流器”脈寬進行調制，從將其過程進行有效的合成，進而實現可控的輸入功率因數、輸入、輸出波形。

3.1 儲能用矩陣式AC/DC變換器整流過程

實現整流的主要目的是為了能夠得到直流母線的虛擬性電壓值，并且能夠將其的輸入功率的因數值保持為1。這時產生的直流電壓主要是由三相電壓經過矩陣式AC/DC變換器六個開關調制而形成的。通過矩陣式AC/DC變換器在電流輸入過程中不能發生短路現象不難看出，整流過程主要分為六種有效的開關狀態以及三種無效性的開關狀態。其中，六個有效開關分別與空間矢量六邊形的開關相對應，然而三個無效開關也與三個矢量開關相對應。同時任意一個位置上的空間矢量，都是由兩個相鄰開關是矢量而組成的。

3.2 儲能用矩陣式AC/DC變換器合成過程

由于矩陣式AC/DC變換器所輸出的電壓為直流電壓，而通過直流輸出的電流內環以及電壓外環，能夠有效的得出矩陣式AC/DC變換器調制的主要策略。同時，根據大量的時間研究表明，矩陣式AC/DC變換器間接性空間矢量的調制方法不僅在操作上具有一定的便利性，而且還能在一定程度上降低矩陣式AC/DC變換器對控制電路的需求，通過這種方式則不需要在相電壓輸出的過程中進行低頻諧波的引入，并且能夠實現矩陣式AC/DC變換器的利用率電壓達到最大值，從而將實現對輸入的電流相位差進行任意控制。

3.3 儲能用矩陣式AC/DC變換器雙電壓控制

矩陣式AC/DC變換器主要工作原理是通過各開關的開與關，按照一定的控制要求對了六個有效開關以及三個無效開關進行合理的控制，進而實現幅值頻率的變頻輸出，其中控制策略是在矩陣式AC/DC變換器實現過程中起到關鍵性的作用。雙電壓控制策略的主要原理是當輸入以及輸出電壓在某一階段內，通過兩個輸入電壓線與零電壓線進行進行組合，從而形成滿足三相對稱電壓相關要求的輸出線電壓。

4.結語

綜上所述，根據三相—三相矩陣式變換器數字模型以及拓撲結構原理，進而推出儲能用矩陣式AC/DC變換器。同時在儲能用矩陣式AC/DC變換器的應用過程中，不僅機械設備運行的穩定性，而且還在一定程度上降低設備的故障問題發生的機率，降低維護成本，促進設備能夠在穩定的狀態下運行。

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