一种三相-两相矩阵变换器的控制方法技术

一种三相‑两相矩阵变换器的控制方法，该三相‑两相矩阵变换器包括：四组双向开关组；补偿电感和控制器。控制方法包括：获取所述三相‑两相矩阵变换器的虚拟逆变电路的各扇区内的有效矢量占空比；获取所述三相‑两相矩阵变换器的虚拟整流电路的各扇区内的有效矢量占空比；根据所述虚拟逆变电路的各扇区内的有效矢量占空比和所述虚拟整流电路的各扇区内的有效矢量占空比，获取所述三相‑两相矩阵变换器在一个开关周期内的有效矢量和零矢量占空比。该方法通过合理设置输出端调制函数系数与补偿端调制函数系数之间的相对关系，可以抑制由于输出两相不对称产生的脉动功率通过双向开关耦合到输入侧，减小了其对输入电流质量的影响。

A three phase to two phase matrix converter and its control method

A three-phase to two-phase matrix converter and its control method relate to the technical field of alternating current converter. The three-phase to two-phase matrix converter comprises four groups of bidirectional switches for converting three-phase AC input into two-phase AC output. The input terminals of the four groups of bidirectional switches are connected with three-phase input respectively, of which two groups are connected. The output end of the bidirectional switching group is a two-phase output end and the output end of the other two bidirectional switching groups is a compensation end and a common end respectively; the compensation inductance is connected with the compensation end at one end and the common end at the other end; and the controller is used to control the bidirectional switch in the bidirectional switching group according to the preset rules. Turn on and off. By reasonably setting the correlation between the output modulation function coefficient and the compensation modulation function coefficient, the pulsating power caused by the two-phase asymmetry of the output can be restrained and coupled to the input side through a bidirectional switch, thus reducing its impact on the input current quality.

【技术实现步骤摘要】
一种三相-两相矩阵变换器及控制方法
本专利技术涉及交流电变换装置
，具体涉及一种三相-两相矩阵变换器及控制方法。
技术介绍
如图1为常规的带独立中线的三端输出的三相-两相矩阵变换器，其输入三相对称电压eabc表达式为：上式中，Ei为输入三相电压的幅值。假设两相输出电压正交，则输出侧两相电压表达式为：式中，U1、U2分别为输出两相基波电压的幅值，定义输出不对称度为ε＝U2/U1，且U1≥U2；ωo为输出角频率。为简化推导过程，忽略输出侧阻感负载引起的电流与电压之间相位差δ，则输出两相的总功率P1+P2为：式中，I1、I2为输出侧两相基波电流的幅值。由式3可知，当输出为两相不对称时，若拓扑中没有补偿单元来吸收输出不对称产生的脉动功率量，忽略系统损耗，根据输入输出瞬时功率守恒原则，由上式的输出功率表达式可知，输入电流中除了基波之外，必然含有与输出频率有关的低频谐波分量。忽略输入电流中的高频谐波量，假设三相输入电流iabc表达式为：式中，Ii2、Ii3分别为输入电流中频率为ωi2、ωi3谐波量的幅值，同时假设谐波电流的幅值满足：Ii2＝Ii3。由式(1)、式(4)可得输入功率表达式为：根据输入输出瞬时功率守恒原则，即Pi＝P1+P2，可得到如下关系式：由上式可知，输入电流低频谐波的频率ωi2、ωi3是与输入频率ωi与输出设定频率ωo均有关的量，且该频率较开关频率(开关频率取值fs＝10kHz)要小很多，因此较难用输入LC滤波器滤除。由式(6)可进一步推导得频率为ωi2、ωi3的谐波电流含量η1、η2及输入电流总谐波畸变率(THD)近似理论计算表达式为：由式(7)可知，常规的带独立中线的三端输出的三相-两相矩阵变换器和常规的控制算法只能实现两相不对称正弦输出，无法保证输入性能，即输入中含有难以消除的低频谐波，而且该输入低频谐波含量η1、η2以及输入电流的THD值均与输出不对称度ε有关。现有技术中有采用改进的相角调制方法降低输出两相不对称引起的3-2MC输入电流谐波，但该方法局限于输入与输出同频的情况，如输出输入频率不相等，或者要求输出频率连续可调，则输入电流中将有含量较大的谐波量，且该谐波频率较低，不容易采用输入LC滤波器滤除。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于常规的带独立中线的三端输出的三相-两相矩阵变换器和常规的控制算法在实现两相不对称正弦输出时导致输入中含有难以消除的低频谐波。为此，本专利技术实施例提供了如下技术方案：一种三相-两相矩阵变换器，包括：四组双向开关组，用于将三相交流输入转换为两相交流输出，四组所述双向开关组的输入端分别接三相输入，其中两组所述双向开关组的输出端作为两相输出端，另两组所述双向开关组的输出端分别作为补偿端和公共端；补偿电感，一端与所述补偿端连接、另一端与所述公共端连接；控制器，用于控制所述双向开关组中的双向开关按照预设规则导通与关闭。优选地，还包括补偿电容，所述补偿电容与所述补偿电感串联。一种三相-两相矩阵变换器的控制方法，包括以下步骤：获取所述三相-两相矩阵变换器的虚拟逆变电路的各扇区内的有效矢量占空比，其为：其中，M1、M2、ML分别为输出侧与补偿侧输出电压调制函数的调制系数，ωo为输出角频率，为输出侧与补偿侧的初始相位，L为输出侧电感，R为输出侧电阻；δ为输出侧电压与电流的相位差，Lc为补偿电感；获取所述三相-两相矩阵变换器的虚拟整流电路的各扇区内的有效矢量占空比；根据所述虚拟逆变电路的各扇区内的有效矢量占空比和所述虚拟整流电路的各扇区内的有效矢量占空比，获取所述三相-两相矩阵变换器在一个开关周期内的有效矢量和零矢量占空比。优选地，所述获取所述三相-两相矩阵变换器的虚拟整流电路的各扇区内的有效矢量占空比的步骤包括：利用级联的输出电流外环和输入电流内环的双闭环控制获得矩阵变换器输入端电流dq轴分量期望值；其中，输出电流外环以两相输出侧的电流和补偿侧的电流的加权合成量作为控制量，且输出电流外环进行无静差调节后的输出作为所述输入电流内环的d轴有功电流期望值；根据所述矩阵变换器输入端电流dq轴分量期望值获取所述三相-两相矩阵变换器的虚拟整流电路的各扇区内的有效矢量占空比。优选地，所述输入电流内环的控制表达式为：其中，为网侧电流dq轴分量期望值，为矩阵变换器输入端电流dq轴分量期望值，id、iq为三相输入电流在dq坐标轴下的直流分量，ωi为输入角频率，Rf为输入滤波电感等效电阻，Cf为输入滤波电容，ed、eq为三相输入电压在dq轴上的分量，kip和kii为无静差调节系数。优选地，所述三相-两相矩阵变换器的虚拟整流电路的各扇区内的有效矢量占空比为：其中，θr为虚拟整流电路输入端电流ipa、ipb、ipc的空间矢量Ir所在扇区内的夹角；Mrec为虚拟整流电路的调制系数；为虚拟整流电路电流无静差调节后作dq/αβ变换后的量，Idc为虚拟母线电流的直流分量，Idc取常数。优选地，所述两相输出侧的电流和补偿侧的电流的加权合成量为：其中，M1为第一输出侧的输出电压调制函数的调制系数，ε为两相输出不对称度，δ为输出侧电压与电流的相位差，I1为第一输出侧的电流基波幅值。优选地，所述三相-两相矩阵变换器在一个开关周期内的有效矢量和零矢量对应的占空比为：其中，dαu～dβw为有效矢量占空比；d0为零矢量占空比，du、dv和dw为所述三相-两相矩阵变换器的虚拟逆变电路的各扇区内的有效矢量占空比，dα和dβ为所述三相-两相矩阵变换器的虚拟整流电路的各扇区内的有效矢量占空比。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术实施例提供的三相-两相矩阵变换器，在常规的带独立中线的三端输出的三相-两相矩阵变换器的基础上增加了一组双向开关和补偿电感，增加的一组双向开关的输出端作为补偿端，补偿电感的两端分别与补偿端、公共端连接。通过合理设置输出端调制函数系数与补偿端调制函数系数之间的相对关系，可以使得脉动功率在一个脉动周期内对该补偿电感进行充电、放电，构成脉动功率流通环路，从而抑制了脉动功率通过双向开关耦合到输入侧，减小了其对输入电流质量的影响。2.本专利技术实施例提供的三相-两相矩阵变换器的控制方法，通过加权合成将三相输出电流(包括两相输出电流和一相补偿电流)转化成直流量，也即将对交流的三相输出的直接控制转换成对加权后的直流量的间接控制，大大降低了闭环控制的复杂性，从而可以采用比例积分PI调节实现无静差控制。另外，当输出侧电流发生变化时，输入电流可以在很短时间达到稳定、切换过程平滑、无明显震荡、输入侧保持较高的功率因数；当输出电流由对称切换为不对称时，输入电流能在短时间内达到稳定，输出两相电流在切换过程中无明显震荡，整个切换过程可以保持较高的功率因数。也即，该控制方法可以使得三相-两相矩阵变换器在不同输出频率状况下具有良好的稳态性能、输出频率调节范围大、输入能保持较高的功率因数和较低的谐波畸变率等优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有三端输出无补偿单元的三相-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相‑两相矩阵变换器，其特征在于，包括：四组双向开关组，用于将三相交流输入转换为两相交流输出，四组所述双向开关组的输入端分别接三相输入，其中两组所述双向开关组的输出端作为两相输出端，另两组所述双向开关组的输出端分别作为补偿端和公共端；补偿电感，一端与所述补偿端连接、另一端与所述公共端连接；控制器，用于控制所述双向开关组中的双向开关按照预设规则导通与关闭。

【技术特征摘要】
1.一种三相-两相矩阵变换器，其特征在于，包括：四组双向开关组，用于将三相交流输入转换为两相交流输出，四组所述双向开关组的输入端分别接三相输入，其中两组所述双向开关组的输出端作为两相输出端，另两组所述双向开关组的输出端分别作为补偿端和公共端；补偿电感，一端与所述补偿端连接、另一端与所述公共端连接；控制器，用于控制所述双向开关组中的双向开关按照预设规则导通与关闭。2.根据权利要求1所述的三相-两相矩阵变换器，其特征在于，还包括补偿电容，所述补偿电容与所述补偿电感串联。3.一种三相-两相矩阵变换器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取所述三相-两相矩阵变换器的虚拟逆变电路的各扇区内的有效矢量占空比，其为：其中，M1、M2、ML分别为输出侧与补偿侧输出电压调制函数的调制系数，ωo为输出角频率，为输出侧与补偿侧的初始相位，L为输出侧电感，R为输出侧电阻；δ为输出侧电压与电流的相位差，Lc为补偿电感；获取所述三相-两相矩阵变换器的虚拟整流电路的各扇区内的有效矢量占空比；根据所述虚拟逆变电路的各扇区内的有效矢量占空比和所述虚拟整流电路的各扇区内的有效矢量占空比，获取所述三相-两相矩阵变换器在一个开关周期内的有效矢量和零矢量占空比。4.根据权利要求3所述的三相-两相矩阵变换器的控制方法，其特征在于，所述获取所述三相-两相矩阵变换器的虚拟整流电路的各扇区内的有效矢量占空比的步骤包括：利用级联的输出电流外环和输入电流内环的双闭环控制获得矩阵变换器输入端电流dq轴分量期望值；其中，输出电流外环以两相输出侧的电流和补偿侧的电流的加权合成量作为控制量，且输出电流外环进行无静差调节后的输出作为所述输入电流内环的d轴有功电流期望值...

【专利技术属性】
技术研发人员：许宇翔，王培良，雷能玮，蒋永峰，
申请(专利权)人：湖州师范学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33