矩阵变换器基础理论

　　矩阵变换器是一种绿色的交-交（AC-AC）变频器，具有四象限运行、输入输出电流正弦、输入功率因数可控以及无中间储能环节等诸多优点。本书从矩阵变换器的拓扑结构、调制策略及系统控制与稳定性等方面进行论述，主要内容包括：为克服矩阵变换器自身缺点所采取的改进措施和方法，如输入不平衡下的调制和控制方法、提高电压传输比的措施、抑制系统共模电压的方法以及扩展输入无功功率范围的方法等；矩阵变换器系统的稳定性分析和稳定化方法；面向不同应用需求的矩阵变换器拓扑及其控制策略，如混合有源三次谐波注入型矩阵变换器、中高压多电平矩阵变换器、双级四脚矩阵变换器等。

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目录
前言
第1章　绪论　1
1.1　矩阵变换器的研究背景　1
1.2　矩阵变换器的发展概述　3
1.3　矩阵变换器的工业化进程　10
1.4　本书主要内容　12
参考文献　12
第2章　矩阵变换器的基本原理与调制策略　23
2.1　矩阵变换器的基本原理　23
2.1.1　矩阵变换器基本拓扑　23
2.1.2　矩阵变换器数学描述　24
2.2　矩阵变换器的调制策略　27
2.2.1　虚拟整流-虚拟逆变思想　27
2.2.2　间接空间矢量调制策略　30
2.2.3　载波调制策略　34
2.2.4　数学构造法　36
2.2.5　预测控制策略　41
2.3　双级矩阵变换器的非线性分析和补偿策略　44
2.3.1　非线性来源分析　45
2.3.2　修正的载波调制策略　48
2.3.3　分配因子选取策略　50
2.3.4　非线性补偿　51
2.3.5　实验验证　52
2.4　本章小结　54
参考文献　55
第3章　输入不平衡下的矩阵变换器调制和控制方法　57
3.1　输入不平衡对系统的影响　57
3.2　基于数学构造法的不平衡调制策略　59
3.2.1　调制策略Ⅰ　60
3.2.2　调制策略Ⅱ　61
3.2.3　调制策略Ⅲ　63
3.2.4　三种调制策略的比较　63
3.2.5　仿真验证　64
3.3　基于预测控制的不平衡控制策略　70
3.3.1　参考电网电流计算　71
3.3.2　输入侧电压估计　72
3.3.3　FCS-MPC策略　73
3.3.4　实验验证　74
3.4　本章小结　79
参考文献　80
第4章　矩阵变换器电压传输比特性及其提高方法　82
4.1　矩阵变换器电压传输比特性分析　82
4.2　基于空间矢量的过调制策略　86
4.2.1　整流级调制　86
4.2.2　逆变级调制　87
4.2.3　实验验证　92
4.3　基于预测控制的过调制策略　93
4.3.1　方案实施步骤　93
4.3.2　仿真和实验验证　94
4.4　其他提高电压传输比的方案　100
4.4.1　反向功率运行方案　100
4.4.2　改进拓扑方案　101
4.5　本章小结　103
参考文献　103
第5章　矩阵变换器共模电压抑制方法　105
5.1　共模电压产生机理　106
5.1.1　共模电压对电机的影响　106
5.1.2　矩阵变换器的共模电压分析　107
5.2　双级矩阵变换器共模电压抑制策略　110
5.2.1　改进空间矢量调制策略Ⅰ　110
5.2.2　改进空间矢量调制策略Ⅱ　111
5.3　单级矩阵变换器共模电压抑制策略　114
5.3.1　旋转矢量调制策略　114
5.3.2　基于预测控制的共模电压抑制策略　118
5.4　实验验证　121
5.5　本章小结　126
参考文献　127
第6章　矩阵变换器输入无功功率扩展方法　129
6.1　矩阵变换器无功功率描述　129
6.2　单级矩阵变换器输入无功功率扩展方法　131
6.2.1　扩展无功功率调制策略描述　132
6.2.2　扩展无功功率调制策略的无功功率分析　136
6.2.3　实验验证　139
6.3　双级矩阵变换器输入无功功率扩展方法　142
6.3.1　传统空间矢量调制策略的无功功率分析　142
6.3.2　扩展无功功率调制策略原理　144
6.3.3　扩展无功功率调制策略的无功功率控制能力分析　156
6.3.4　实验验证　158
6.4　扩大输入无功功率的改进双级矩阵变换器　160
6.4.1　拓扑结构及运行机理　161
6.4.2　调制策略及无功分析　163
6.4.3　实验验证　169
6.5　本章小结　172
参考文献　173
第7章　矩阵变换器系统稳定性分析及稳定化方法　174
7.1　稳定性问题分析　175
7.1.1　矩阵变换器系统建模　175
7.1.2　开环调制　176
7.1.3　闭环调制　177
7.2　基于构造的稳定化方法　178
7.2.1　不稳定性根源分析　179
7.2.2　电动模式下的构造法　181
7.2.3　发电模式下的构造法　185
7.2.4　兼顾两种模式的构造法　186
7.2.5　从构造观点看已有方法　188
7.3　实验验证　190
7.4　本章小结　192
参考文献　192
第8章　混合有源三次谐波注入型矩阵变换器　194
8.1　SWISS矩阵变换器　194
8.1.1　拓扑结构　194
8.1.2　工作原理　195
8.1.3　调制策略　198
8.1.4　实验验证　202
8.2　H3I矩阵变换器　205
8.2.1　拓扑结构　205
8.2.2　工作原理　206
8.2.3　调制策略　207
8.2.4　三次谐波注入电路的设计与控制　211
8.2.5　输入输出特性分析　219
8.2.6　实验验证　223
8.3　三电平T型间接矩阵变换器　226
8.3.1　拓扑结构　226
8.3.2　调制策略　227
8.3.3　中性点电位平衡控制　231
8.3.4　实验验证　234
8.3.5　3LT2IMC与H3I矩阵变换器的对比　236
8.4　三电平三次谐波注入型矩阵变换器　240
8.4.1　拓扑结构　240
8.4.2　调制策略　241
8.4.3　中性点电压平衡控制　243
8.4.4　输入侧电流分析　245
8.4.5　实验验证　246
8.5　基于H3I矩阵变换器的多驱动系统　251
8.5.1　工作原理　251
8.5.2　协同控制下的DPWM策略　252
8.5.3　实验验证　255
8.6　本章小结　260
参考文献　261
第9章　中高压多电平矩阵变换器　263
9.1　中高压矩阵变换器概述　263
9.2　二极管箝位型多电平矩阵变换器　266
9.2.1　拓扑结构　266
9.2.2　载波调制策略　267
9.2.3　输入侧电流分析　269
9.2.4　实验验证　271
9.3　多模块矩阵变换器　275
9.3.1　拓扑结构　275
9.3.2　基于数学构造法的调制策略　276
9.3.3　载波调制策略　288
9.3.4　实验验证　296
9.4　本章小结　306
参考文献　307
第10章　其他衍生类矩阵变换器及其应用　309
10.1　三相-五相单级矩阵变换器　309
10.1.1　拓扑结构　309
10.1.2　基于数学构造法的调制策略　309
10.1.3　仿真验证　316
10.2　三相-五相双级矩阵变换器　317
10.2.1　拓扑结构　317
10.2.2　载波调制策略及其共模电压分析　317
10.2.3　基于载波调制的共模电压抑制策略　320
10.2.4　仿真验证　323
10.3　双级四脚矩阵变换器　325
10.3.1　拓扑及基本调制策略　325
10.3.2　基于马尔可夫链的优化随机载波调制策略　327
10.3.3　闭环控制策略　331
10.3.4　仿真验证　337
10.4　基于逆疏松矩阵变换器的风力发电系统　346
10.4.1　系统配置　346
10.4.2　网侧稳态潮流分析　346
10.4.3　无风速检测MPPT　348
10.4.4　系统控制　349
10.4.5　仿真验证　351
10.5　本章小结　353
参考文献　354