双级矩阵变换器matlab,提高双级矩阵变换器电压传输比研究

双级矩阵变换器(简称TSMC)是矩阵变换器的一种新型拓扑结构。TSMC采用传统的交-直-交2级变换结构,整流级为一3/2相矩阵式变换器,逆变级与传统三相全桥逆变器结构一样。相对于传统的交-直-交型变换器和矩阵式变换器,TSMC的优势体现在[1-2]:1)具有CMC的一系列优点,如优良的输入输出性能、能量可双向流通、中间级不需要大电感或大电容作为储能;2)与CMC相比换流方式和控制技术更简单,系统稳定性更高且功率损耗更小;3)因TSMC采用两级结构,整流级可拖动多个逆变级而实现对多个负载进行供电;4)在特殊条件下,可以进一步降低TSMC的开关数量,此外相较于CMC来说TSMC钳位电路更加简单。双级矩阵式变换器同常规矩阵式变换器一样,最大电压利用率为0.866,这在很大程度上影响其推广应用。目前提高双级矩阵变换器电压传输比有2种方式:一是改进调制策略;二是改变拓扑结构来提高电压传输比。此前国内外学者对提高TSMC电压传输比的研究重点放在改进调制策略和开关模式等方面。文献[3-4]采用过载调制方法来提高电压传输比,然而这种调制策略同时在输出电压、电流中引入了大量谐波,影响其输出性能。文献[5-6]通过改变逆变级的拓扑结构来提高电压传输比。文献[7-9]利用Z源网络的升压特性,将Z源网络加入到矩阵变换器中来提高电压传输比,但破坏了矩阵变换器全硅化的特点,使得系统体积增大。本文提出一种新型的双级矩阵变换器拓扑结构,将quasi-Z源网络引入到双级矩阵变换器中,并分析这种拓扑电路结构的基本原理,利用quasi-Z源网络的升压特性来提高双级矩阵变换器的电压传输比。最后通过Matlab/Simulink进行仿真验证,结果表明这种拓扑结构可以提高电压传输比。1quasi-Z源双级矩阵变换器鉴于双级矩阵变换器最大电压传输比只有0.866,利用quasi-Z源网络的升降压功能[10],将quasi-Z源与双级矩阵变换器相结合提出一种新的拓扑结构,它继承了双级矩阵变换器的优点,同时具有可调节的升降压功能从而提高双级矩阵变换器的电压传输比,quasi-Z源双级矩阵变换器的拓扑结构如图1所示。abcLb2ScSbSaS6S5S4S3S2S1SBnSAnSCnSCpSApSBpABCLc2La1La2Cc1Cc2Ca1Cb2Cb1Ca2双向开关Lb1Lc1图1quasi-Z源双级矩阵变换器拓扑结构Fig.1Topologicalstructureofquasi-ZTSMC如图1所示,每一相输入端加入1个quasi-Z源网络,quasi-Z源网络由2个电感、2个电容及1个换相开关组成,因其拓扑结构的对称性,电感La1、La2、Lb1、Lb2、Lc1、Lc2大小相等,同样电容Ca1、Ca2、Cb1、Cb2、Cc1、Cc2大小相等。则流过电感的电流相等,电感两端的电压相等,流过电容的电流相等电容两端的电压相等。根据quasi-Z源双级矩阵变换器整流级三相上桥臂或下桥臂是否同时导通,该拓扑结构有2种状态:直通状态和非直通状态。当quasi-Z源双级矩阵变换器工作在直通状态时,开关Sx(x=a、b、c)断开,此时输入三相电流通过quasi-Z源网络储存能量,起到升压作用;开关Sx(x=a、b、c)导通时quasi-Z源双级矩阵变换器工作在非直通状态,系统处于普通模式。假设在1个开关周期TS内,quasi-Z源双级矩阵变换器工作在直通状态的时间为T0,工作在非直通状态的时间为T1,因此直通状态的占空比为D=T0/TS。当quasi-Z源双级矩阵变换器工作在非直通状态时有:iaibi?c=