[發明專利]一種矩陣變換器的最大無功控制能力實現方法

有效

• 申請號: 202110598599.3
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113258792B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 雷家興;黃鑫林;馮雙
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02M5/04
• 分類號: H02M5/04;H02M1/088;H02M1/42
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 于晶晶

本發明公開一種矩陣變換器的最大無功控制能力實現方法，該方法以輸入輸出電壓矢量定向，分別將參考輸入電流和輸出電流分解成有功分量和無功分量；用輸入電壓合成參考輸出電壓，該過程在所述電壓定向方式下亦代表輸出有功電流合成參考輸入有功電流，用輸出有功電流和無功電流分別合成參考輸入無功電流，使輸出電流直接參與到矩陣變換器調制算法中；最后選取不同的輸入輸出基本矢量形成兩個對等控制過程的全部組合，比較每一組合的最大無功控制能力，選用具有最大無功控制能力的組合對矩陣變換器進行調制以實現其最大無功控制能力。本發明可實現矩陣變換器的最大無功控制能力，有利于突破矩陣變換器無功控制瓶頸，促進矩陣變換器的發展與應用。

技術領域

本發明涉及功率變換器領域，具體是一種矩陣變換器的最大無功控制能力實現方法。

背景技術

矩陣變換器是一種高功率密度直接交-交變換器，它采用雙向開關進行能量傳輸，具備優良的輸入輸出特性，可直接實現交流電幅值、相位、頻率等參數的變換。與傳統交-直-交變換器或雙PWM變換器相比，矩陣變換器輸入功率因數高、滿足四象限運行、無中間直流儲能環節，能有效消除對電網諧波的污染，同時能以緊湊的電路結構獲得優異的調速性能。

矩陣變換器正常運行時，一般都需要在其輸入側安裝濾波電容，如圖1所示。雖然該濾波電容的值不大，對整個系統的功率密度僅會產生較小的影響，但是該濾波電容卻會產生一個正比于輸入頻率的容性無功功率，且該容性無功功率還會隨負載變化而發生變化，促使電源功率因數嚴重惡化。為防止電源功率因數惡化，需要由矩陣變換器的輸入無功控制對濾波電容產生的容性無功進行補償。然而，由于矩陣變換器缺少母線儲能元件，其輸入無功控制和負載控制會直接耦合并產生交互影響，使矩陣變換器的最大無功控制能力和電壓利用率相互制約，圖2顯示了不同調制算法和輸出功率因數下矩陣變換器的輸入無功控制能力與電壓利用率的關系，從圖中可以明顯發現二者呈負相關。間接式SVM算法是目前最經典、應用也最廣泛的調制算法，該算法基于最臨近基本矢量合成的思路直接控制輸入電流的相角、輸出電壓的幅值和相位，其原理如圖3所示。現有調制算法大多都基于間接式SVM算法的特性，僅僅只用參考輸出電壓、輸入電壓和功率因數角求解矩陣變換器的調制矩陣，側重于提高矩陣變換器電壓利用率這一層面，對提高矩陣變換器輸入無功控制能力這一層面考慮較少，因而導致矩陣變換器的最大無功控制能力難以實現。

實際上，矩陣變換器無法實現最大無功控制能力的根本原因是其輸入無功控制和輸出電壓控制競爭性占用矩陣變換器調制時間，使矩陣變換器的最大無功控制能力和電壓利用率相互制約。現有調制算法對矩陣變換器輸入無功控制考慮較少，如果在求解矩陣變換器調制矩陣時充分考慮其輸入無功控制和輸出電壓控制兩方面因素，完全可以實現矩陣變換器的最大無功控制能力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種矩陣變換器的最大無功控制能力實現方法，該方法無需改變電路拓撲結構，不增加硬件成本，僅通過改進矩陣變換器的控制算法來實現其最大無功控制能力。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種矩陣變換器的最大無功控制能力實現方法，所述實現方法包括以下步驟：

S1:在矩陣變換器輸入側和輸出側均以電壓矢量定向，對應將矩陣變換器參考輸入電流i_i^*和輸出電流i_o分別分解成有功分量和無功分量；

S2:根據S1所述電壓矢量定向方式，用輸入電壓u_i合成參考輸出電壓u_o^*，亦代表輸出有功電流i_od合成參考輸入有功電流i_id^*，實現有功傳遞過程；