一种三电平直接矩阵变换器双空间矢量调制方法技术

本发明专利技术涉及一种三电平直接矩阵变换器的双空间矢量调制方法，包括以下步骤：1、将三电平直接矩阵变换器等效为虚拟整流级和虚拟逆变级的串联电路模型；2、确定输出相电流空间矢量和输入相电压空间矢量，获取期望的输入相电流空间矢量和期望的输出相电压空间矢量；3、对虚拟整流级采用SVPWAM调制，获取相应的有效矢量的占空比；4、对虚拟逆变级采用VSVPWM调制，获取相应的有效矢量的占空比；5、将虚拟整流级和虚拟逆变级进行组合，获取三电平直接矩阵变换器的开关矩阵，进而获取三电平直接矩阵变换器各双向开关的开关信号，实现调制。与现有技术相比，本发明专利技术具有提高输出性能、降低开关频率、减少开关损耗，并提高输入输出波形质量等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种三电平直接矩阵变换器双空间矢量调制方法
本专利技术涉及一种三电平直接矩阵变换器控制方法，尤其是涉及一种三电平直接矩阵变换器双空间矢量调制方法。
技术介绍
在交流电力变换领域中，交-直-交变换器的研究和利用已经取得了长足的发展，但仍然存在着诸多不足，特别是中间直流环节需要大容量电感或电容，增加了装置体积及安装成本，降低了变换器的性能；输入侧采用全桥整流方式，降低了电网的功率因数，给电网带来较大的谐波污染。传统交-交变换器虽然换流效率高，也存在着很多缺点，例如使用较多的晶闸管，接线较复杂；采用相控整流，功率因数较低；输出频率范围窄，只能为电网频率的1/3～1/2等等。矩阵变换器(MatrixConverter，MC)作为一种新型的绿色变换器，克服了传统变换器的不足：其输入功率因数可以任意调节，输入输出正弦度高，谐波含量少，输出电压的频率和幅值可调，且无中间直流储能环节，因此体积小、可靠性高。三电平直接矩阵变换器(ThreeLevelDirectMatrixConverter，TLDMC)结合了矩阵变换器和多电平变换器的特点，能够进一步降低输出电压总谐波失真，降低系统的共模电压，以及较大的功率密度。三电平直接矩阵变换器与多电平交-直-交型变换器相比，减少了导通路径中串联开关的数量，能够降低开关损耗；由于开关采用双向开关，不存在的类似于模块化多电平矩阵变换器中存在的电容电压脉动问题，具有广泛的应用前景。现有技术中少有基于三电平直接矩阵变换器的调制方法，且可实现应用的三电平直接矩阵变换器控制方法虽然能够做到基本的控制，但在控制过程中，不同的开关状态对应的空间矢量产生中点电流不同，传统最近三矢量法在每个PWM周期内产生的中点电流平均值不为零，使得中点电位发生偏移，出现低频振荡现象，造成输出性能的不稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种三电平直接矩阵变换器双空间矢量调制方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种三电平直接矩阵变换器的双空间矢量调制方法，用于确定三电平直接矩阵变换器中12个双向开关的开关信号，所述的调制方法包括以下步骤：1)将三电平直接矩阵变换器等效为虚拟整流级和虚拟逆变级的串联电路模型；2)根据采集的三电平直接矩阵变换器输出相电流和输入相电压，通过矢量合成原理，确定输出相电流空间矢量和输入相电压空间矢量，进而获取期望的输入相电流空间矢量和期望的输出相电压空间矢量；3)根据期望的输入相电流空间矢量对虚拟整流级采用SVPWAM调制，获取相应的有效矢量的占空比；4)根据期望的输出相电压空间矢量对虚拟逆变级采用VSVPWM调制，获取相应的有效矢量的占空比；5)将虚拟整流级和虚拟逆变级进行组合，获取三电平直接矩阵变换器的开关矩阵，进而获取三电平直接矩阵变换器各双向开关的开关信号，实现三电平直接矩阵变换器的调制。虚拟整流级的结构包括a，b，c三相桥臂，a相桥臂包括由上至下依次连接的开关Sap和San，b相桥臂包括由上至下依次连接的开关Sbp和Sbn，c相桥臂包括由上至下依次连接的开关Scp和Scn，对于虚拟整流级，其输入输出满足：其中，up、un、uo和ip、in、io分别为虚拟直流环节的电压和电流，ua、ub和uc分别为虚拟整流级的三相输入电压，Sap、Sbp、Scp和San、Sbn、Scn分别为虚拟整流级a相、b相、c相桥臂依次串联的2个开关信号。虚拟逆变级电路的结构包括A，B，C三相桥臂，A相桥臂包括由上至下依次连接的开关SAp、SAn和SAo，B相桥臂包括由上至下依次连接的开关SBp、SBn和SBo，C相桥臂包括由上至下依次连接的开关SCp、SCn和SCo，对于虚拟逆变级，其输入输出满足：其中，up、un、uo和ip、in、io分别为虚拟直流环节的电压和电流，uA、uB和uC分别为虚拟逆变级的三相输出电压，SAp、SAn和SAo分别为虚拟逆变级A相桥臂依次串联的3个开关信号，SBp、SBn和SBo分别为虚拟逆变级B相桥臂依次串联的3个开关信号，SCp、SCn和SCo分别为虚拟逆变级C相桥臂依次串联的3个开关信号。优选地，步骤2)具体包括以下步骤：21)采集三电平直接矩阵变换器三相输入电压ua、ub和uc，三相输出电流iA、iB和iC，通过矢量合成原理，获取输入相电压空间矢量ui和输出相电流空间矢量io：式中，Uim为输入相电压幅值，ωi为输入角频率，Iom为输出相电流幅值，ωo为输出角频率，φ为输出相电压与输入相电压之间的偏移角，为输出电流与电压之间的功率偏移角；22)根据设定的输入相位差输入相电流空间矢量调制系数mc和输出相电压空间矢量调制系数mv，确定期望的输入相电流空间矢量iiref和输出相电压空间矢量uoref：式中，Iim为输入相电流幅值，Uom为输出相电压幅值。优选地，步骤3)具体包括以下步骤：31)建立输入相电流空间矢量αβ坐标系，并将该坐标系划分为6个大扇区；32)将期望的输入相电流空间矢量置于αβ坐标系中，利用两相邻的有效矢量iμ、iv和一个零矢量i0合成期望的输入相电流空间矢量iiref，获取有效矢量iμ和iv和零矢量i0的占空比dμ、dν和d0；33)对有效矢量iμ、iv以及零矢量i0的占空比dμ、dν和d0进行调整，获取调整后的占空比。优选地，步骤32)中有效矢量iμ、iv以及零矢量i0的占空比dμ、dν和d0的表达式为：式中，dμ、dν和d0分别为有效矢量iμ、iv以及零矢量i0的占空比，θsc为期望的输入相电流空间矢量在当前扇区中的位置，mc为输入相电流空间矢量调制系数，其表达式为：mc＝Iim/ip,avg式中，ip,avg为虚拟直流环节中电流ip的平均值。优选地，步骤33)中，有效矢量iμ、iν经过调整后的占空比为：式中，d'μ和d′v分别为有效矢量iμ和iν经过调整后的占空比，Ts为PWM周期。优选地，步骤4)具体包括以下步骤：41)建立输出相电压空间矢量αβ坐标系，并将该坐标系划分为6个大扇区，每个大扇区划分为5个小扇区；42)将期望的输出相电压空间矢量置于该αβ坐标系中，根据VSVPWM调制原理，利用最近三矢量法确定合成期望的输出相电压空间矢量uoref所对应的三个虚拟矢量的占空比dx、dy和dz。优选地，步骤5)中三电平直接矩阵变换器的开关矩阵的表达式为：式中，SAa、SAb、SAc和SAo分别为三电平直接矩阵变换器输出A相桥臂依次串联的4个双向开关的开关信号，SBa、SBb、SBc和SBo分别为三电平直接矩阵变换器输出B相桥臂依次串联的4个双向开关的开关信号，SCa、SCb、SCc和SCo分别为三电平直接矩阵变换器输出C相桥臂依次串联的4个双向开关的开关信号，Sap和San分别为虚拟整流级a相桥臂依次串联的2个开关信号，Sbp和Sbn分别为虚拟整流级b相桥臂依次串联的2个开关信号，Scp和Scn分别为虚拟整流级c相桥臂依次串联的2个开关信号，SAp、SAn和SAo分别为虚拟逆变级A相桥臂依次串联的3个开关信号，SBp、SBn和SBo分别为虚拟逆变级B相桥臂依次串联的3个开关信号，SCp、SCn和SCo分别为虚拟逆变级C相桥臂依次串联的3个开关信号。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术对于虚拟逆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三电平直接矩阵变换器的双空间矢量调制方法，该调制方法用于确定三电平直接矩阵变换器中12个双向开关的开关信号，其特征在于，所述的调制方法包括以下步骤：S1：将三电平直接矩阵变换器等效为虚拟整流级和虚拟逆变级的串联电路模型；S2：根据采集的三电平直接矩阵变换器输出相电流和输入相电压，通过矢量合成原理，确定输出相电流空间矢量和输入相电压空间矢量，进而获取期望的输入相电流空间矢量和期望的输出相电压空间矢量；S3：根据期望的输入相电流空间矢量对虚拟整流级采用SVPWAM调制，获取相应的有效矢量的占空比；S4：根据期望的输出相电压空间矢量对虚拟逆变级采用VSVPWM调制，获取相应的有效矢量的占空比；S5：将虚拟整流级和虚拟逆变级进行组合，获取三电平直接矩阵变换器的开关矩阵，进而获取三电平直接矩阵变换器各双向开关的开关信号，实现三电平直接矩阵变换器的调制。

【技术特征摘要】
1.一种三电平直接矩阵变换器的双空间矢量调制方法，该调制方法用于确定三电平直接矩阵变换器中12个双向开关的开关信号，其特征在于，所述的调制方法包括以下步骤：S1：将三电平直接矩阵变换器等效为虚拟整流级和虚拟逆变级的串联电路模型；S2：根据采集的三电平直接矩阵变换器输出相电流和输入相电压，通过矢量合成原理，确定输出相电流空间矢量和输入相电压空间矢量，进而获取期望的输入相电流空间矢量和期望的输出相电压空间矢量；S3：根据期望的输入相电流空间矢量对虚拟整流级采用SVPWAM调制，获取相应的有效矢量的占空比；S4：根据期望的输出相电压空间矢量对虚拟逆变级采用VSVPWM调制，获取相应的有效矢量的占空比；S5：将虚拟整流级和虚拟逆变级进行组合，获取三电平直接矩阵变换器的开关矩阵，进而获取三电平直接矩阵变换器各双向开关的开关信号，实现三电平直接矩阵变换器的调制。2.根据权利要求1所述的一种三电平直接矩阵变换器的双空间矢量调制方法，其特征在于，步骤S1中虚拟整流级的结构包括a，b，c三相桥臂，a相桥臂包括由上至下依次连接的开关Sap和San，b相桥臂包括由上至下依次连接的开关Sbp和Sbn，c相桥臂包括由上至下依次连接的开关Scp和Scn，对于虚拟整流级，其输入输出满足：其中，up、un、uo和ip、in、io分别为虚拟直流环节的电压和电流，ua、ub和uc分别为虚拟整流级的三相输入电压，Sap、Sbp、Scp和San、Sbn、Scn分别为虚拟整流级a相、b相、c相桥臂依次串联的2个开关信号。3.根据权利要求1所述的一种三电平直接矩阵变换器双空间矢量调制方法，其特征在于，步骤S1中虚拟逆变级电路的结构包括A，B，C三相桥臂，A相桥臂包括由上至下依次连接的开关SAp、SAn和SAo，B相桥臂包括由上至下依次连接的开关SBp、SBn和SBo，C相桥臂包括由上至下依次连接的开关SCp、SCn和SCo，对于虚拟逆变级，其输入输出满足：其中，up、un、uo和ip、in、io分别为虚拟直流环节的电压和电流，uA、uB和uC分别为虚拟逆变级的三相输出电压，SAp、SAn和SAo分别为虚拟逆变级A相桥臂依次串联的3个开关信号，SBp、SBn和SBo分别为虚拟逆变级B相桥臂依次串联的3个开关信号，SCp、SCn和SCo分别为虚拟逆变级C相桥臂依次串联的3个开关信号。4.根据权利要求1所述的一种三电平直接矩阵变换器的双空间矢量调制方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：21)采集三电平直接矩阵变换器三相输入电压ua、ub和uc，三相输出电流iA、iB和iC，通过矢量合成原理，获取输入相电压空间矢量ui和输出相电流空间矢量io：式中，Uim为输入相电压幅值，ωi为输入角频率，Iom为输出相电流幅值，ωo为输出角频率，φ为输出相电压与输入相电压之间的偏移角，为输出电流与电压之间的功率偏移角；22)根据设定的输入相位差输入相电流空间矢量调制系数mc和输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：程启明，陈路，李涛，孙伟莎，程尹曼，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31