[發(fā)明專利]交錯(cuò)并聯(lián)型雙級(jí)式矩陣變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210282922.7
• 申請(qǐng)日: 2012-08-10
• 公開（公告）號(hào): CN102790536A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦顯慧;周波;黃海濤;唐國(guó)芬;劉曉宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M5/458
• 分類號(hào): H02M5/458
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 艾中蘭

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種矩陣變換器，特別是一種雙級(jí)式矩陣變換器的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，及其交錯(cuò)驅(qū)動(dòng)控制方法，屬于交流功率變換技術(shù)領(lǐng)域。

二、背景技術(shù)

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)用電量的60%~70%用于推動(dòng)電動(dòng)機(jī)做功，其中90%的電動(dòng)機(jī)為交流電機(jī)，如果采用交流變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行，即通過電力電子設(shè)備將工頻三相交流電轉(zhuǎn)換為電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所需的頻率、幅值可調(diào)節(jié)的交流電，可獲得顯著的節(jié)能效果。風(fēng)力發(fā)電是新能源技術(shù)的重要組成部分，據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)，截止2011年，中國(guó)（不包括臺(tái)灣地區(qū)）累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量62364.2MW，居世界第一，由于風(fēng)能具有較大的隨機(jī)性，風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接輸出電能的頻率和電壓隨時(shí)間變化較大，因此必須配置合適的交流功率變換裝置才能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)供電。由此可見，具有變頻調(diào)壓功能的交流功率變換裝置，不管在交流調(diào)速還是風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)中，都具有重要的應(yīng)用意義。

目前市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位的交流功率變換裝置一般為交直交型變換器。近年來交直交型變換器性能已大幅提高，應(yīng)用技術(shù)也趨于成熟，但仍有其不足之處。由于交直交型變換器均含有大電容或大電感作為直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，不僅體積、重量大，造成變頻裝置安裝和使用的不便，而且不易于維護(hù)，影響變換器的使用壽命。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和人們對(duì)這些問題的逐漸重視，矩陣變換器技術(shù)逐漸成為研究熱點(diǎn)之一。

矩陣變換器(Matrix?Converter，MC)不僅具備了傳統(tǒng)交直交變換器的諸多優(yōu)異性能，如輸入輸出正弦度高，功率因數(shù)可調(diào)等，而且不含儲(chǔ)能電容，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積重量小、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠在惡劣的自然環(huán)境下堅(jiān)持工作，是交直交變換器的一種具有潛力的替代選擇。雙級(jí)式矩陣變換器(Two?Stage?Matrix?Converter，TSMC)是基于矩陣變換器的概念發(fā)展而來的一種新型拓?fù)洌^承了傳統(tǒng)MC不含儲(chǔ)能電容的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了輸出側(cè)無續(xù)流回路，換流困難，需要箝位電路等諸多缺點(diǎn)，具有更高的應(yīng)用價(jià)值。

矩陣變換器的輸入輸出性能和濾波器所需體積，在較大程度上取決于電力電子器件的開關(guān)頻率。開關(guān)頻率越高，則諧波含量越低，相應(yīng)的濾波器體積越小；但開關(guān)頻率越高，也意味著開關(guān)損耗越大，而且在許多大功率場(chǎng)合，都要求采用較低的開關(guān)頻率。

工業(yè)上交-直整流器和直-交逆變器等變流設(shè)備，在較低的開關(guān)頻率下，為實(shí)現(xiàn)高性能的交流功率變換，常采用多重化技術(shù)，即多個(gè)功率變換模塊通過一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行并聯(lián)或串聯(lián)，降低輸出諧波含量，提高變換器的功率容量。雙級(jí)式矩陣變換器可以視為整流器和逆變器的結(jié)合，與傳統(tǒng)交直交變換器具有一定的相似性，采用多重化技術(shù)，通過矩陣變換器模塊的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)低開關(guān)頻率下的高性能輸出，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。但由于矩陣變換器的開關(guān)管較多、控制方法較為復(fù)雜，多重化技術(shù)在矩陣變換器的應(yīng)用研究還比較少，尤其是雙級(jí)式矩陣變換器并聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和交錯(cuò)驅(qū)動(dòng)控制還未展開。

三、發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種交錯(cuò)并聯(lián)型雙級(jí)式矩陣變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其交錯(cuò)驅(qū)動(dòng)控制方法，通過兩臺(tái)雙級(jí)式矩陣變換器的有機(jī)結(jié)合，在開關(guān)頻率不變的條件下，可有效降低輸出電壓和輸入電流的諧波含量。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法對(duì)矩陣變換器的應(yīng)用研究具有重要的實(shí)際意義，同時(shí)也填補(bǔ)了相關(guān)研究領(lǐng)域的空白。

本發(fā)明所提出的一種交錯(cuò)并聯(lián)型雙級(jí)式矩陣變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由相互獨(dú)立的兩個(gè)雙級(jí)式矩陣變換器、共享的輸入濾波器和輸出濾波器、以及平衡電抗器組成；兩個(gè)雙級(jí)式矩陣變換器的主功率電路的輸入端直接并聯(lián)，并通過輸入濾波器與電源相連；兩個(gè)雙級(jí)式矩陣變換器的主功率電路的輸出端通過平衡電抗器相連；平衡電抗器的中點(diǎn)經(jīng)過輸出濾波器濾波后，為負(fù)載供電。

上述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制方法是：兩個(gè)雙級(jí)式矩陣變換器采用同步交錯(cuò)驅(qū)動(dòng)模式，即兩者的調(diào)制時(shí)鐘一致，但每個(gè)調(diào)制周期的脈沖分配順序相反，有效降低輸出電壓的總諧波含量；電壓閉環(huán)控制采用主從結(jié)構(gòu)，以其中一個(gè)雙級(jí)式矩陣變換器為主變換器，通過電壓閉環(huán)控制三相輸出電壓，以另外一個(gè)雙級(jí)式矩陣變換器為輔變換器，跟隨主變換器的輸出電壓，并通過電流閉環(huán)抑制環(huán)路電流，實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流的均分。?