[發明專利]一種雙級式矩陣變換器的新拓撲及其共模電壓抑制策略

有效

• 申請號: 201910179031.0
• 申請日: 2019-03-11
• 公開（公告）號: CN109873565B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 戴鵬;李景杰;常文宇;王晨暉;公錚;張海軍;呂文健
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02M7/219;H02M7/5387;H02M1/12
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本發明公開了一種雙級式矩陣變換器的新拓撲及其共模電壓抑制策略，其拓撲結構是在傳統雙級式矩陣變換器的直流側上、下母線上各串聯一個單向開關管，本發明將直流側開關管關斷時逆變級有效矢量作為逆變級等效零矢量，利用等效零矢量參與調制，將逆變級七段式空間矢量調制優化為三段式空間矢量調制，實現了共模電壓的抑制。本發明的有益之處是能夠在電壓傳輸比0～0.866整個區域內將負載側共模電壓降至輸入相電壓峰值的0.577倍，與現有技術抑制效果相當；換流控制策略簡單，能夠對整流級直接實施換流，提高了系統可靠性；優化的調制策略簡單易于實現，相較于傳統調制策略，系統總實際開關次數基本不變，輸入輸出電流質量保持不變，電能質量良好。

技術領域

本發明涉及電力電子變換器的拓撲及共模電壓的抑制技術，具體涉及一種雙級式矩陣變換器的新拓撲及其共模電壓抑制策略。

背景技術

作為一種新型交-交變換器，雙級式矩陣變換器不僅具有傳統矩陣變換器的輸入輸出電流正弦、能量可雙向流動、無需直流儲能元件、功率密度高、結構緊湊等優點，還具有整流級零電流換流，鉗位電路控制簡單等優點，因此在過去20多年間，引起了國內外眾多學者的關注，非常具有發展潛力。

在電機驅動應用中，雙級式矩陣變換器負載側會產生共模電壓，進而形成了軸電流，導致電機軸承損壞，降低電機的使用壽命，同時共模電壓會在系統中產生共模電流，對裝置的正常運行造成電磁干擾。

已有文獻對雙級式矩陣變換器的共模電壓抑制展開相關研究，一類方法是避免逆變級直接使用零矢量參與期望電壓矢量的合成來實現共模電壓的抑制，如整流級有零矢量逆變級無零矢量的調制策略、逆變級使用兩個方向相反的有效矢量代替零矢量等，但該類方法直接導致了整流級必須采用四步換流策略，控制較復雜，同時存在開關次數增加的弊端，增加了系統損耗，且輸入輸出電流諧波畸變率有所上升；另一類方法是改變整流級扇區分布位置，利用兩個較小的線電壓合成中間直流電壓以實現共模電壓抑制，但存在最大電壓傳輸比受限的問題，同時由于逆變級存在零矢量，若逆變級采用七段式開關序列，則整流級可以實現零電流換流，但實際開關次數大大增加，若不采用七段式開關序列，則整流級必須采用四步換流策略。綜上所述，已有抑制共模電壓的調制策略存在整流級換流復雜、開關次數增加或電壓傳輸比受限等弊端。

發明內容

本發明的目的是，在電壓傳輸比0～0.866整個區域內實現雙級式矩陣變換器共模電壓抑制，達到現有技術抑制效果，同時整流級能夠直接實施換流，輸入輸出電能質量得到改善。

本發明所采用的技術方案為：

一種雙級式矩陣變換器的新拓撲及其共模電壓抑制策略，首先改進傳統雙級式矩陣變換器拓撲，然后基于新拓撲采用優化的雙空間矢量調制策略來抑制共模電壓。

雙級式矩陣變換器的新拓撲由整流級、直流側和逆變級三部分構成，整流級是六個雙向開關單元組合而成的三相橋式電路，每個雙向開關均由共射級的兩個單向開關管串聯而成，直流上、下母線上各串聯一個單向開關管，上母線的開關管發射極接逆變級，下母線的開關管發射極接整流級，逆變級是由六個單向開關管組合而成的三相橋式電路。

傳統雙空間矢量調制策略的優化為保持整流級傳統電流空間矢量調制不變，然后控制直流側開關管的導通與關斷，將逆變級七段式空間矢量調制優化為三段式空間矢量調制，具體如下：

(1)直流側開關管關斷時逆變級有效矢量等效與直流側開關導通時的逆變級零矢量，即成為逆變級等效零矢量；