矩陣變換器在風力發電系統中的應用研究

　　2.2.2  15個開關的矩陣變換器
　　通過對電網側各輸入相任意橋臂工作原理的分析可知，因為，圖5中開關Sapp和Sanp可以采用同一個驅動信號，所以，可將上述兩者用一個單向開關及兩個箝位二極管代替。簡化步驟如圖6所示。

 　　這樣，便可以得到簡化的具有15個單向開關的矩陣變換器拓撲，如圖7所示。該結構與圖5所示的拓撲相比較，應用場合類似，也具有相同的功能。比如，可以進行四象限操作，實現雙向流動，諧波容量低，功率因數接近1等等。其主要的區別在于，當中間直流環節的電流idc大于0時，對于圖7所示的拓撲，其電網側開關Sa，Sb，Sc的導通損耗會增加。
 

　　在實際應用中，考慮到減少開關數目和簡化控制的需要，推薦采用圖7所示的具有15個開關的矩陣變換器，成本可以大大降低。
　　3  矩陣變換器中箝位電路的設計分析
　　在矩陣變換器的實際應用中，為了使矩陣變換器能夠穩定安全工作，必須給開關外加過壓保護裝置。過壓保護裝置通常采用箝位電路，利用開關電容網絡來吸收存儲在L中的諧振能量，以實現箝位功能[5]。箝位保護電路是在變換器發生故障的時候工作的，是矩陣變換器的一個重要組成部分。
　　本文采用最基本的電容箝位網絡，對于矩陣變換器的有源箝位技術將在另文中作進一步闡述。
　　3.1  矩陣變換器中箝位電路的工作原理
　　圖2虛框部分所示的是傳統三相矩陣變換器的箝位電路，是用12個快速恢復二極管組成的2個整流橋將輸入/輸出端連接在一起，還包括一個箝位電容Cc和一個泄放電阻R1構成[6]。箝位電容參與能量的轉換，泄放電阻則給箝位電容提供一個放電通路。故障發生時，控制電路檢測到故障信號，并通過關閉驅動信號使變換器的全部開關立刻關斷，于是箝位電路開始工作，切斷負載，并提供一個能量釋放回路，使功率器件得到保護。另外，根據保護原理，充分利用主電路拓撲中的功率器件，可以大大減少箝位二極管的數目，使箝位電路的設計得到簡化，降低成本[6]。
　　改進的雙橋拓撲與傳統拓撲比較而言，其箝位電路更為簡單，只需一個二極管Dc和一個電容Cc[4]。下面對在風電系統中推薦使用的具有15個開關的矩陣變換器拓撲進行分析，其電路拓撲如圖8所示。