[發(fā)明專利]基于載波PWM的雙輸出雙級矩陣變換器調(diào)制方法

有效

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• 申請日: 2018-09-09
• 公開（公告）號: CN108923666B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設計）人: 王汝田;李超超;韓旭;鐘哲夫;趙艷峰
• 申請（專利權(quán)）人: 東北電力大學
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458
• 代理公司: 吉林市達利專利事務所 22102
• 代理人: 陳傳林

本發(fā)明是一種基于載波PWM的雙輸出雙級矩陣變換器調(diào)制方法，其特點是，對于整流級，將輸入相電壓劃分成六個扇區(qū)，在每個扇區(qū)內(nèi)選擇兩個幅值最大且極性為正的線電壓來合成輸出的直流電壓，并計算相應的占空比；分別對于逆變級1和逆變級2，采用空間電壓矢量調(diào)制，根據(jù)參考電壓矢量所在扇區(qū)計算有效電壓矢量及零電壓矢量的占空比；對整流級以及逆變級的開關(guān)狀態(tài)進行合理的優(yōu)化組合。依據(jù)整個調(diào)制過程，畫出功率開關(guān)PWM信號圖，分別計算出整流級六個雙向功率開關(guān)的調(diào)制信號和逆變級九個功率開關(guān)的調(diào)制信號，并與同一個三角載波信號比較，得到整流級雙向功率開關(guān)的驅(qū)動信號和逆變級功率開關(guān)的驅(qū)動信號。其計算簡單，易于實現(xiàn)。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于交流-交流電能變換技術(shù)領域，具體涉及一種基于載波PWM的雙輸出雙級矩陣變換器調(diào)制方法。

背景技術(shù)

雙級矩陣變換器作為一種AC-AC兩級變換器，不僅使輸入輸出為良好的正弦波形，還具備能量的雙向傳遞、可四象限運行、不需要大容量儲能元件、輸入功率因數(shù)可調(diào)且能近似達到1等優(yōu)點。雖然優(yōu)點眾多，但它只能實現(xiàn)一組三相交流輸出，在風力發(fā)電系統(tǒng)、電動汽車、軌道機車牽引等需要雙交流領域就顯得無能為力，為此提出了基于九開關(guān)逆變級的雙輸出雙級矩陣變換器拓撲(Dual-OutputTwo-StageMatrixConverte,DO-TSMC)，逆變級只需九個開關(guān)就可以實現(xiàn)兩組三相交流電輸出，功率開關(guān)器件數(shù)量減少，解決了拓撲結(jié)構(gòu)冗余和功率開關(guān)器件利用率低等問題；無直流環(huán)節(jié)儲能元件，提高了拓撲的緊湊性；具有TSMC變換器優(yōu)良的輸入/輸出響應特性；可以實現(xiàn)功率雙向流動。

目前針對雙輸出雙級矩陣變換器調(diào)制方法主要是空間矢量調(diào)制策略，包括整流級有零矢量的空間矢量調(diào)制和整流級無零矢量的空間矢量調(diào)制，以及在空間矢量的基礎上對兩組逆變級的作用時間進行比例分配的空間矢量調(diào)制策略。但應用空間矢量調(diào)制方法時，需要進行復雜的三角函數(shù)計算，過程復雜，不利于編程和硬件的實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，提出一種科學合理，適用性強，效果良好的基于載波PWM的雙輸出雙級矩陣變換器調(diào)制方法，旨在解決現(xiàn)有的雙輸出雙級矩陣變換器調(diào)制策略復雜的問題。

實現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是，一種基于載波PWM的雙輸出雙級矩陣變換器調(diào)制方法，包括整流級和逆變級，所述整流級是由六個雙向功率開關(guān)組成的三相整流電路，所述逆變級是由九個功率開關(guān)組成的兩組三相逆變電路，可稱為逆變級1以及逆變級2，其特征在于：

對于所述的整流級，將輸入相電壓劃分成六個扇區(qū)，在每個扇區(qū)內(nèi)選擇兩個最大且極性為正的線電壓來合成輸出的直流電壓，使輸出中不含零電壓，計算相應的占空比；

對于所述的逆變級，逆變級1是由上面三個功率開關(guān)和中間三個功率開關(guān)組成，逆變級2是由下面三個功率開關(guān)和中間三個功率開關(guān)組成；逆變級1、逆變級2共用中間三個功率開關(guān)，分別對兩組逆變級使用空間矢量調(diào)制，計算出相應的占空比；

為了獲得三相對稱的輸入電流和輸出電壓，應該對整流級和逆變級的功率開關(guān)狀態(tài)進行有效優(yōu)化組合，然后依據(jù)整流級和逆變級的調(diào)制過程，畫出優(yōu)化后的開關(guān)調(diào)制順序圖，分別計算出整流級六個雙向功率開關(guān)的調(diào)制信號和逆變級九個功率開關(guān)的調(diào)制信號，并與設定的同一個三角載波信號比較，得到整流級雙向功率開關(guān)的驅(qū)動信號，進而得到直流側(cè)電壓；然后再利用逆變級九個功率開關(guān)的調(diào)制信號與設定好的三角載波信號相比較，得到逆變級功率開關(guān)的驅(qū)動信號；在直流側(cè)電壓的基礎上進行三相逆變，得到期望的兩組三相交流輸出電壓。

進一步，所述三角載波信號幅值從-U_i到U_i變化，其載波周期與調(diào)制周期相同。

進一步，所述整流級六個雙向功率開關(guān)的調(diào)制信號分別為：

當u_w0時，