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、動態性能優良等優點，且易于實現多個非線性約束下的多目標優化，近年來逐漸應用于各類電力電子變換器及電機傳動系統，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，影響系統性能。
• 文獻[7]針對間接矩陣變換器-異步電機調速系統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集，即有限個開關狀態，且采用數字控制系統控制頻率受限，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可調，因此在電機中低速區域運行時，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，即在每個采樣周期中均采用雙開關狀態組合，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化函數，求取最優的開關狀態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-異步電機調速系統實驗平臺

總結

本文針對IMC-IM系統提出了一種優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良好的穩態和動態性能。
• 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。