[發(fā)明專利]基于狀態(tài)空間平均模型的Y源雙級矩陣變換器分析方法

在審

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• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111740614A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王汝田;趙鵬飛;袁帥;王雪;賈松達(dá);鐘哲夫
• 申請（專利權(quán)）人: 東北電力大學(xué)
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458
• 代理公司: 吉林市達(dá)利專利事務(wù)所 22102
• 代理人: 陳傳林

1.一種基于狀態(tài)空間平均模型的Y源雙級矩陣變換器分析方法，包括整流級、逆變級和Y源網(wǎng)絡(luò)；整流級是由六組雙向功率開關(guān)組成的三相橋式整流電路，逆變級是由六組功率開關(guān)組成的三相逆變電路，Y源網(wǎng)絡(luò)是由一個(gè)功率二極管、一個(gè)電容和一個(gè)三繞組變壓器組成；對于整流級，將輸入相電壓劃分成六個(gè)扇區(qū)，在每個(gè)扇區(qū)內(nèi)選擇兩個(gè)最大且極性為正的線電壓來合成輸出電壓，作為Y源網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓；其特征是，包括以下內(nèi)容：

1)整流級輸出電壓u_dc不是恒定的直流電壓，計(jì)算u_dc在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的平均電壓并分析的穩(wěn)態(tài)分量U_dc和波動(dòng)分量表達(dá)式為：

其中，U_im為輸入相電壓幅值，ω_i為輸入相電壓角頻率；

其中，H_n為中的各次諧波幅值，

2)對于Y源網(wǎng)絡(luò)，存在兩種工作模式，直通狀態(tài)和非直通狀態(tài)；依據(jù)兩種狀態(tài)作出等效電路，以勵(lì)磁電感電流i_M、電容電壓u_Cap為狀態(tài)變量，整流級的輸出平均電壓Y源網(wǎng)絡(luò)輸出電流i_o為輸入變量，列寫系統(tǒng)狀態(tài)空間平均方程為：

其中，

其中，N₁、N₂、N₃分別為變壓器各個(gè)繞組的匝數(shù)，R_M和L_M為變壓器的等效勵(lì)磁電阻和勵(lì)磁電感，C為電容值，d_st為逆變級的直通矢量占空比；

3)根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)空間平均方程，得出整流級的輸出平均電壓穩(wěn)態(tài)分量U_dc與電容電壓u_Cap穩(wěn)態(tài)分量U_Cap的關(guān)系式為：

其中，K為繞組因數(shù)，

4)根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)空間平均方程，分析整流級的輸出平均電壓的波動(dòng)分量和Y源網(wǎng)絡(luò)輸出電流i_o的波動(dòng)分量對電容電壓u_Cap的影響；在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)受到小擾動(dòng)后，得到電容電壓u_Cap波動(dòng)分量的頻域表達(dá)式為：

其中，是整流級的輸出平均電壓的波動(dòng)分量引起的電容電壓的擾動(dòng)量，G₁(s)是不考慮的影響時(shí)，對的傳遞函數(shù)；是Y源網(wǎng)絡(luò)輸出電流i_o的波動(dòng)分量引起的電容電壓的擾動(dòng)量，G₂(s)是不考慮的影響時(shí)，對的傳遞函數(shù)；

與穩(wěn)態(tài)分量U_Cap相比可忽略不計(jì)；與負(fù)載變化的大小有關(guān)，當(dāng)負(fù)載恒定時(shí)，很小，忽略不計(jì)，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化，由于網(wǎng)絡(luò)中存在阻尼作用，最終隨時(shí)間衰減為零，因此不必考慮的影響，進(jìn)一步得到電容電壓u_Cap的表達(dá)式為:

5)通過電容電壓u_Cap得到逆變級的輸入電壓u′_dc與整流級的輸出平均電壓的關(guān)系式：

6)對于逆變級，在空間電壓矢量調(diào)制的基礎(chǔ)上，計(jì)算各電壓矢量的占空比，并根據(jù)逆變級的輸入電壓u′_dc實(shí)時(shí)修正逆變級調(diào)制系數(shù)m：

d₂＝msin(α₀)

其中，d₁、d₂分別為有效矢量U₁、U₂的占空比；d₀、d₇分別為零矢量U₀、U₇的占空比；α₀為參考電壓矢量U_ref與有效矢量U₁的夾角；逆變級調(diào)制系數(shù)U_om為參考輸出相電壓幅值；

7)直通矢量的引入提高了Y源矩陣變換器的電壓傳輸比，而直通占空比d_st限制了逆變級調(diào)制系數(shù)m的變化范圍，能夠計(jì)算出最大電壓傳輸比T_max：

其中，為整流級的輸出平均電壓的最大值，

8)為獲得三相對稱的輸入電流和輸出電壓，對整流級與逆變級的開關(guān)狀態(tài)有效組合，繪制各電壓矢量作用的順序圖，便于生成各功率開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號；使輸入電流正弦且與輸入電壓近似同相位，輸出電流為三相對稱的正弦波形，保證了良好的輸入輸出波形質(zhì)量。