矩阵变换器在统一潮流控制器中的应用

图< . / 0 调节线路有功时功率响应图
状态，呈现为一个典型的一阶惯性环节阶跃响应。 （ 下转第* )页） —* ) —
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换到任意" 相输出的电力变换装置，它能同时提供 正弦的输入电流和输出电压；真正实现功率的双向 流动；独立调节输出电压幅值、相位和频率；实现 四象限运行等许多优越的电气性能，因此可以预见 矩阵变换器将成为广泛使用的电力变换器之一。
# 矩阵变换器实现统一潮流控制器
# $ ! 基本电路结构 采用通常的 0 1 + - 需要有较多的功率元器件， 控制起来较复杂。利用矩阵变换器的优越电气性能 实现的 0 1 + -，不仅符合了 0 1 + - 的需要，而且还 可将两个换流器合二为一，省去了直流电容，结构 变得简单，体积变小。利用?开关矩阵变换器实现 0 1 + - 的基本电路如图%所示。 # $ " 统一潮流控制器串联侧潮流控制 针对图 % 所示 0 1 + -，分析串联侧的 潮 流 控 制，0 控制时的响 1 + - 传输线本身受串联电压 # $ % 应。将线路等效为一个集中参数的电阻 * ) 和电感 ，串联变压器是变比为 " + @ " ) % 的理想化升压变压 ］ ! 器，可得到静止三相坐标中的电路方程［ 。为了 便于计算，以节点电压 #= 为参考向量，设其初相 ’ 角为零，将 6轴与节点电压矢量 != 始终重合的旋 转6 A B坐标系的等效方程 —, —
& ’%& ’!& . ’ （ ） 4 ! # * （ ） & & ’ . ( (!& （ ） 5 ’) ! # * （ ） & & ’ ’%& ’!& . ’ （ ） " ( )! ! # * 由式 （ ）!式 （ ）可见，以 & 、& 为控制 3 " ’ (
量，’、 ( 为输出变量的电力系统是一耦合系统。 针对该系统的耦合情况，本文提出一种解耦的方 —/ . —
［ ］ 0 在’ / (坐标系下，功率计算基本公式
图1 # $ % & 潮流控制解耦模型图
（ ） 1 !& ’ $ ( 将& ）中，得到线路潮流计算公式 ) ,代入式 （ 1 ( 为
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! " ! 矩阵变换器输出电压控制 矩阵变换器输出端电压就是 # $ % & 串联侧变 压器的一次侧电压，将变压器理想化，可得到变换 器输出端电压电流和电网串联补偿电压及电流的关 系式如下
图B . / 0 调节线路无功时功率响应图
图= . / 0同时调节线路有功和无功时功率响应图
" 结束语
本文重点探讨 了 用 矩 阵 变 换 器 实 现 的 . / 0 进行潮流控制，通过仿真表明仿真结果和分析结论 是完全一致的，矩阵变换器实现的 . / 0 达到了 线路的功率潮流的控制调节效果。在线路中投入 . / 0 后，进行单独的有功或无功的调节时，线路 经历一个很短时间的阶跃响应以后，就进入了稳定
图: . / 0 调节线路有功时串联电压波形图
图* 用矩阵变换器实现 . / 0 潮流控制框图
由图 * 可见，系统有功 $ 和无功# 虽然已经 与" 、 ’ 解耦，但对于控制变量 # 和! 而言依 , ( " ! 然是耦合的，且这一耦合无法实现解耦。
! 仿真分析
按照图* 的基本控制思路，利用 1 " % 2 " 3 对它 进行仿真验证。仿真条件为：采样频率为 * ； 4 4 5 6 以7节点电压 %7 为初相角 4 ，幅值为 ) 8 4 9； #节 " 点电压幅值与7节点电压幅值相同，线路传输功角 ；线路集中参数电阻 & " 为: 4 8 ; : !，电感 ’ 2为4 2 为< ；矩阵变换器电 = > 5；串联侧变压器变比为 < 压增益控制变量 # 初值为 4 ，输出电压初相角 , ; < ；采用标幺值计算，设电压基 值 %3 8 ! 为4 " 7 ?为 ! 为)4 ，线路7 + 4 9，功率基值 ( 4 4 9 @；在4 ; < 7 A 3 " 7 ? #进入稳态后，再开始进行潮流控制；整个仿真时 间共有) 。仿真波形如图< ; < 7 "图=所示。
・电力电子 ・
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《 电气应用》 ! " " #年第! $卷第% %期
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如此系统可以实现解耦，不仅 & 、 ( 可以独 ’ & 立的调节 ’、(，而且有功 ’ 与电压& 之间、无 ’ 功 ( 与电压& 之间都是一个一阶惯性环节，系统 ( 稳定。# $ % & 的潮流控制解耦图如图1所示。
带! 4 5 总线的 ! " #$ % & 外围驱动模块的研究
《 电气应用》 ! " " #年第! $卷第% %期
! 电源设计
! " #式 $ % & 对电源的种类要求较多，正常情 况下 $ & & ’ 要求 ( ) *!* ) * $，$ & & + 要求 ( ,! * ) ’ $，（ % .!% /）为+ ) ! 0 ) + * $，% /为’ $， 要保证驱动模块的正常运行，设计一个高质量的 & ! /& ! 非常关键。作者设计该产品是用在大型汽 车上，在设计 & ! 1 & ! 的时候使用 .+ ( $ 输入， . * $ 输出功率比较大，可以为电路板其他 * $ 芯片 供电。实践证明，在一定范围内调节 $ & & + 可以 调节显示屏的亮度，由于在汽车仪表上使用的特殊 性，要求在夜视灯打开的时候亮度降低，所以在 $ & & +上采用 + 级电压，夜视灯关断时为 * * $，夜 视灯打开时为( , $。
" 统一潮流控制器的基本原理
通常的 0 1 + - 其电路结构如图"所示。它是由 变换器" 和变换器 % 在直流侧以直流电容耦合而 成，变换器"通过并联变压器接入电力系统，变换 器%通过串联变压器接入电力系统。
图" 通常的 0 1 + - 的基本结构
’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ 法。令系统输出变量为 ’ 和(，不考虑其他控制变 ）改写为空间 量的变化，加入输出方程，将式 （ ! 状态方程如下
《 电气应用》 ! " " #年第! $卷第% %期
矩变换器实现 # $ % & 电路图
! " # * !+ ,# ! ! # $ # & * ’ * ’ ! ’ % ) " + & * $ ( ( ! ( !! ! ", # $ # * " $ *
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$ ( )!& ’ ( ）中! ， 当# $ % & 稳态运行时，可令式 （ ! ! ’ ( 为零，又由于电力线路 " ，忽略 ，可以 % ! # " * * *
得到线路稳态运行时电流及潮流的计算公式为
（ ） 2 （ ） 0
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