工程科学学报，第39卷.第6期：945-952.2017年6月 Chinese Journal of Engineering,Vol.39,No.6:945-952,June 2017 D0L:10.13374/j.issn2095-9389.2017.06.018;htp:/journals..usth.edu.cn 不平衡输入三相-单相矩阵变换器电流解耦控制策略 许宇翔2)四，葛红娟)，国海)，张应龙) 1)南京航空航天大学自动化学院，南京2100162)湖州师范学院工学院，湖州313000 ☒通信作者，E-mail:keyan,_xyx@163.com 摘要分析了三相-单相矩阵变换器(3-1MC)输入侧低次谐波的产生原因，推导了功率补偿拓扑结构下的输出侧与补偿 侧调制函数约束关系式.研究输入电压不平衡下，含电容补偿单元的3-1MC单网侧电流反馈控制策略无法对输人两相旋转 坐标轴(dg轴)下的直轴与交轴电流分量实现无静差控制，提出了在功率补偿下对输入三相电流作正序、负序dq轴分解，分 别独立对输人双q轴下正序、负序电流作解耦内环，输出侧与补偿侧电压加权合成为外环的双闭环控制.实验与仿真结果 均表明该策略不仅使3-1MC具有功率补偿功能，而且有效抑制了电压不平衡引起的输入电流与输出电压所含低次谐波，提 高了3-1MC在单相用电场合的实用性 关键词三相-单相矩阵变换器：电流解耦：不平衡：正序：负序：加权合成 分类号TM464 Current decoupling control strategy for unbalanced input 3-1 matrix converter XU Yu-xiang),GE Hong-juan,GUO Hai,ZHANG Ying-long 1)College of Automation Engineering,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China 2)School of Engineering.Huzhou University,Huzhou 313000,China Corresponding author,E-mail:keyan_xyx@163.com ABSTRACT The reasons for low-order harmonics in the input current of a 3-1 matrix converter(3-1MC)were analyzed,and the relationship of modulation function between the output side and power compensation side was derived.The single grid-side current feedback control strategy cannot be used to control the input current component without steady state error under unbalanced input.It was proposed that input current positive sequence and negative sequence dq axis decoupling for the inner loop,and output side and compensation voltage weighted synthesis for the outer loop in the double closed-loop decoupling control strategy.The experimental and simulation results show that the proposed scheme not only facilitates power compensation using a 3-1MC but also effectively suppresses low-order harmonics in the input current and the output voltage under unbalanced input.Moreover,the proposed strategy improves the practicality of 3-1 MCs. KEY WORDS 3-1 matrix converter;current decoupling;unbalanced;positive sequence;negative sequence;weighted synthesis 矩阵变换器能实现正弦输入和输出波形、谐波污 作为常规矩阵变换器的一种特殊拓扑结构也得到越来 染小、输人功率因素可调、结构紧凑、无中间储能环节 越多的应用，如单相交流电供电[)、V2G感应电能传 等特点，日益受到国内外学者的广泛关注山 输)、高频感应加热)、分布式电源系统[)等，以上研 现有对矩阵变换器的研究主要集中在三相-三相 究成果表明3-1MC在单相用电场合具有良好的应用 矩阵变换器(3-3MC),随着工业技术的发展，3-1MC 前景. 收稿日期：2016-07-19 基金项目：国家自然科学基金资助项目(U1233127)工程科学学报,第 39 卷,第 6 期:945鄄鄄952,2017 年 6 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 39, No. 6: 945鄄鄄952, June 2017 DOI: 10. 13374 / j. issn2095鄄鄄9389. 2017. 06. 018; http: / / journals. ustb. edu. cn 不平衡输入三相鄄鄄单相矩阵变换器电流解耦控制策略 许宇翔1,2) 苣 , 葛红娟1) , 国 海1) , 张应龙1) 1) 南京航空航天大学自动化学院, 南京 210016 2) 湖州师范学院工学院, 湖州 313000 苣通信作者,E鄄mail: keyan_xyx@ 163. com 摘 要 分析了三相鄄鄄单相矩阵变换器(3鄄鄄1MC)输入侧低次谐波的产生原因,推导了功率补偿拓扑结构下的输出侧与补偿 侧调制函数约束关系式. 研究输入电压不平衡下,含电容补偿单元的 3鄄鄄1MC 单网侧电流反馈控制策略无法对输入两相旋转 坐标轴(dq 轴)下的直轴与交轴电流分量实现无静差控制,提出了在功率补偿下对输入三相电流作正序、负序 dq 轴分解,分 别独立对输入双 dq 轴下正序、负序电流作解耦内环,输出侧与补偿侧电压加权合成为外环的双闭环控制. 实验与仿真结果 均表明该策略不仅使 3鄄鄄1MC 具有功率补偿功能,而且有效抑制了电压不平衡引起的输入电流与输出电压所含低次谐波,提 高了 3鄄鄄1MC 在单相用电场合的实用性. 关键词 三相鄄鄄单相矩阵变换器;电流解耦;不平衡;正序;负序;加权合成 分类号 TM464 Current decoupling control strategy for unbalanced input 3鄄鄄1 matrix converter XU Yu鄄xiang 1,2) 苣 , GE Hong鄄juan 1) , GUO Hai 1) , ZHANG Ying鄄long 1) 1) College of Automation Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China 2) School of Engineering, Huzhou University, Huzhou 313000, China 苣Corresponding author, E鄄mail: keyan_xyx@ 163. com ABSTRACT The reasons for low鄄order harmonics in the input current of a 3鄄鄄1 matrix converter (3鄄鄄1MC) were analyzed, and the relationship of modulation function between the output side and power compensation side was derived. The single grid鄄side current feedback control strategy cannot be used to control the input current component without steady state error under unbalanced input. It was proposed that input current positive sequence and negative sequence dq axis decoupling for the inner loop, and output side and compensation voltage weighted synthesis for the outer loop in the double closed鄄loop decoupling control strategy. The experimental and simulation results show that the proposed scheme not only facilitates power compensation using a 3鄄鄄1MC but also effectively suppresses low鄄order harmonics in the input current and the output voltage under unbalanced input. Moreover, the proposed strategy improves the practicality of 3鄄鄄1MCs. KEY WORDS 3鄄鄄1 matrix converter; current decoupling; unbalanced; positive sequence; negative sequence; weighted synthesis 收稿日期: 2016鄄鄄07鄄鄄19 基金项目: 国家自然科学基金资助项目(U1233127) 矩阵变换器能实现正弦输入和输出波形、谐波污 染小、输入功率因素可调、结构紧凑、无中间储能环节 等特点,日益受到国内外学者的广泛关注[1] . 现有对矩阵变换器的研究主要集中在三相鄄鄄 三相 矩阵变换器(3鄄鄄3MC),随着工业技术的发展,3鄄鄄 1MC 作为常规矩阵变换器的一种特殊拓扑结构也得到越来 越多的应用,如单相交流电供电[2] 、V2G 感应电能传 输[3] 、高频感应加热[4] 、分布式电源系统[5] 等,以上研 究成果表明 3鄄鄄1MC 在单相用电场合具有良好的应用 前景