[發明專利]一種使用矩陣變換器的共模電壓抑制調制方法

有效

• 申請號: 201510317477.7
• 申請日: 2015-06-10
• 公開（公告）號: CN104935180B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 官權學;官權升
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02M5/22
• 分類號: H02M5/22
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 陳宏升

技術領域

本發明涉及電力電子換流器的共模電壓抑制領域，特別涉及一種使用矩陣變換器的共模電壓抑制調制方法。

背景技術

三相矩陣變換器是通過可控的功率半導體雙向開關陣列直接把三相輸入連接到三相負載，可以變壓變頻輸出的強制換流的變換器。它由九個雙向開關按3×3排列，三相輸入中的任意一相可與三相輸出的任意一線相連，如圖1所示。

當矩陣變換器的各雙向開關在數學上被理想為開關函數后，輸入輸出端的電壓及電流關系可表示為：

S_Ka+S_Kb+S_Kc＝1，K＝{A,B,C}，

其中V和v表示電壓，I和i表示電流，大寫的下標表示輸出端，小寫的下標表示輸入端，S表示開關函數，當對應的開關處于導通狀態時其值為1，處于阻斷狀態時其值為0。

電力電子換流設備在脈寬調制作用下，會在負載中性點與參考地之間產生共模電壓。三相-三相的矩陣變換器的調制方法本質上也是一種脈寬調制(PWM)，因此其輸出也會產生一序列階梯狀高頻共模電壓波形。共模電壓的幅值及其變化率dv/dt過大時，將會擊穿電機軸承的油膜隔離，導致電機繞組損壞和軸承故障。

為減少矩陣變換器的高頻共模電壓，學者推出了許多方法。一種直觀的方案是，在帶載為開端繞組電機的雙結構換流器中只采用定向開關狀態所對應的旋轉矢量。這些定向開關狀態對應的輸出共模電壓為零，因此可以將大幅度減少共模電壓。但因為這一方案采用了兩套換流器，這需要更多的半導體，因此會大幅增加矩陣變換器的成本和控制復雜度。

另一種減緩共模電壓的不利影響的方案是通過軟件編程的方式來修改調制策略，盡量采用共模電壓幅值低的開關狀態。常用的優化方法有三種。1)從三個零矢量中選擇對應三相輸入電壓中瞬時值位于中間的一相，以減少零矢量對應的共模電壓的幅值。但在該方法中，零矢量被放置的位置要根據輸入電壓在扇區中所處的位置而決定。2)使用方向相反的有效矢量來代替零矢量。這種方法使用了比傳統空間矢量方法更多的有效矢量，因此在一個開關周期內的開關次數增加，這增加了半導體器件的開關損耗。3)使用三個最鄰近參考矢量的有效矢量來減少零矢量。與第二種方法相比，這個方法不僅在一個開關周期內使用了較多的開關狀態，它還有另外一個限制，即只能應用在電壓傳輸比高于0.667的場合。

在上述方法中，輸出共模電壓為零的定向開關狀態均被忽略而沒有使用。到目前為止，定向開關狀態仍未被充分研究。有學者使用相位互差120度的三個定向開關狀態來減少共模電壓。但該方法不能滿足矩陣變換器每次僅換流一個輸出相的安全工作要求。這會造成半導體開關器件承受大電壓應力，開關損耗大，輸出波形的總諧波系數大。其他學者嘗試用預測控制方法將控制算法與調制算法整合在一塊，建立包括共模電壓在內的成本函數，通過優化的方法在全部27種開關狀態中選擇使得成本函數最低的開關狀態。但這一方法也難以滿足矩陣變換器每次僅換流一個輸出相的安全工作要求，并且該方法的計算量比較大，難以使用主流的數字處理器完成計算。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種使用矩陣變換器的共模電壓抑制調制方法。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：

一種使用矩陣變換器的共模電壓抑制調制方法，包含以下順序的步驟：

對矩陣變換器的全部開關狀態矩陣的空間矢量形式應用奇異值分解，并以此為基礎把矩陣變換器的全部開關狀態劃分為三類，然后利用矩陣變換器不同類別的開關狀態間的等效關系，在矩陣變換器的調制矩陣計算及開關次序中優先選擇對應共模電壓值小的開關狀態，并通過優化開關次序減少輸出共模電壓的變化率。

所述的矩陣變換器不同類別的開關狀態間的等效關系，具體為：

S_abc＝S_abb+S_bbc＝S_acc+S_cbc S_acb＝S_abb+S_bcb＝S_acc+S_ccb

S_cab＝S_caa+S_aab＝S_cbb+S_bab，S_bac＝S_bcc+S_cac＝S_baa+S_aac，