间接矩阵变换器高频共模电压精确建模与抑制策略研究

Due to the advantages of the power volume ratio, operating efficiency and overloading capacity, the indirect matrix converter has wide application prospects in renewable energy systems and AC motor systems. The high-frequency common-mode voltage interference is one of the technical bottlenecks restricting the reliability operation of the matrix converter. However, the existing suppression common-mode voltage modulation strategy is difficult to balance the other performance of the output voltage, and the analysis of the factors affecting the high-frequency common-mode voltage has not been studied in depth. This project establishes precise model of the high-frequency common-mode voltage based on the Triple Fourier Transform method. Based on the accurate model, the influence mechanism of modulation parameters on the high-frequency common-mode voltage, such as vector selection, vector action time and arrangement order, is analyzed. According to its analysis results, the optimization method of modulation parameters are discussed, and the high-frequency common-mode voltage suppression modulation strategy for the indirect matrix converter considering output harmonic characteristics is proposed. The research of this project will improve the operational reliability and output quality of the matrix converter, and provide support for the development of renewable energy systems and high effective energy saving AC motor systems.

间接矩阵变换器因功率体积比、运行效率、过载能力上的优势在可再生能源系统和交流电机系统等领域具有广泛应用前景。输出高频共模电压干扰是制约矩阵变换器可靠运行的技术瓶颈之一。但现有抑制输出共模电压调制策略难以兼顾输出电压其他性能指标，且对高频共模电压的影响因素分析尚未深入研究。本项目基于三重傅里叶变换方法建立间接矩阵变换器高频共模电压的精确模型；基于精确模型剖析各矢量的选择、作用时间以及排布顺序等空间矢量调制参数对高频共模电压的影响机理；依据其分析结果，探讨调制参数的优化方法，提出兼顾输出谐波特性的间接矩阵变换器高频共模电压抑制调制策略。本项目的研究将提升矩阵变换器的运行可靠性和输出品质，为可再生能源系统和高效节能交流电机系统的发展提供支撑。

交流变换器作为可再生能源发电系统与电网和电网与交流电机设备的连接桥梁，在可靠程度和运行效率方面的提升，对可再生能源系统的可靠运行和高效节能交流电机系统的发展具有重要意义。矩阵变换器（MC）因具有输出电压波形可控、输入输出电流正弦、输入功率因数可控、集成度高、能量密度大等优势，成为极具潜力的新一代交流变换器。针对矩阵变换器高频共模电压建模不精确，各调制参数对高频共模电压的影响规律不清楚、通过调节矢量选择的抑制策略难以兼顾矩阵变换器输出波形质量或电压传输比等其它性能指标等问题，本项目以间接矩阵变换器为研究对象，以高频共模电压抑制为目标，从高频共模电压建模、调制参数对高频共模电压的影响规律以及调制参数优化等方面开展基础理论研究。.本项目取得的成果主要包括：利用三重傅里叶变换方法建立IMC零矢量作用时间与输出电压共模分量和谐波分量的精确模型，分析两个电压零矢量作用时间在不同电压传输比下对输出共模分量、谐波分量的变化规律；获得在不同电压传输比下低频共模分量幅值最小的零电压矢量作用时间，减小漏电流幅值；开拓性地提出基于开路电流矢量的空间矢量调制策略将输出共模电压峰值降低了42.3%，并保证了输入输出波形质量；提出利用旋转矢量的直接转矩控制（DTC）最大限度地减小共模电压峰值；提出一种选择共模电压幅值最小的零幅值有效电流矢量来抑制共模电压的DPWM调制策略； 提出一种IMC输出共模电压在一个输入扇区内正负方向不发生变化的调制策略，通过减小共模电压在一个载波周期内的跳变次数和变化幅值来大幅度减小高频共模电压。研究成果完善了矩阵变换器高频共模电压理论分析体系，为共模电压抑制策略提供一种新的评估方法，提升了矩阵变换器输出品质和可靠性。