間接矩陣變換器是一種直接型交流-交流變換器，其拓撲結構與傳統(tǒng)雙PWM交-直-交變換器相似，但無中間儲能元件，具有輸入/輸出電流正弦、輸入功率因數任意可調、能量雙向流動、功率密度高等特點，非常適用于驅動交流電機，并應用在軍事、航空航天、交通和其他工業(yè)領域。

模型預測控制（Model Predictive Control, MPC）是一種典型的預測控制方法，具有控制思想簡單、動態(tài)性能優(yōu)良等優(yōu)點，且易于實現多個非線性約束下的多目標優(yōu)化，近年來逐漸應用于各類電力電子變換器及電機傳動系統(tǒng)，包括間接矩陣變換器。

• 文獻[6]針對間接矩陣變換器-異步電機調速系統(tǒng)提出了模型預測轉矩控制和磁鏈控制方法，較好地實現了對轉矩和磁鏈跟蹤控制，但是該方法會在輸入濾波器中產生諧振，影響系統(tǒng)性能。
• 文獻[7]針對間接矩陣變換器-異步電機調速系統(tǒng)利用模型預測電流控制方法和有源阻尼方法相結合，可以顯著抑制濾波器諧振產生的諧波。
• 文獻[8]提出了雙電流控制策略，可以消除控制器中的權重系數，且網側性能優(yōu)良，但該方法只適用于阻感負載。

由于目前采用的模型預測控制策略均基于有限狀態(tài)集，即有限個開關狀態(tài)，且采用數字控制系統(tǒng)控制頻率受限，使得每個采樣周期內的變換器輸出電壓矢量有限且幅值非連續(xù)可調，因此在電機中低速區(qū)域運行時，輸入輸出不匹配，有限個輸出電壓矢量均與目標參考差異較大，將會使得輸出電流波形明顯畸變，并進而嚴重影響網側電流波形質量。

本文提出了一種優(yōu)化模型預測控制方法。在矩陣變換器的逆變級電路中插入零矢量開關狀態(tài)，即在每個采樣周期中均采用雙開關狀態(tài)組合，分別對應電壓有效矢量和零矢量，在此基礎上重新建立預測模型和品質優(yōu)化函數，求取最優(yōu)的開關狀態(tài)組合及其各自的占空比大小，從而降低網側和輸出電流諧波。同時利用插入的零矢量開關狀態(tài)實現整流級電路雙向開關的零電流換相。

圖10 間接矩陣變換器-異步電機調速系統(tǒng)實驗平臺

總結

本文針對IMC-IM系統(tǒng)提出了一種優(yōu)化模型預測控制方法，仿真和實驗結果表明：

• 1）采用該方法實現了網側電流波形正弦和網側功率因數接近于1。
• 2）采用該方法可實現調速系統(tǒng)良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。
• 3）所提方法可實現零電流換相，換相過程簡單安全可靠。
• 4）與傳統(tǒng)的MPC方法相比，該方法可改善矩陣變換器網側電流和輸出電流波形質量，且在中低速運行時，效果更顯著。