一种矩阵变换器窄脉冲抑制与电能质量改进方法，其特征在于：矩阵变换器采用双电压调制，当某一开关周期内，用于线电压合成的6个开关的控制信号出现窄脉冲时，根据窄脉冲的出现位置，重新构造并计算新的调制函数用于开关控制。新函数共有六组，其特征为：含有瞬时输出电流检测信息、6个开关器件中有一个保持关断状态、调制函数同时满足输入电流和输出电压调制要求。本发明专利技术在不增加器件开关损耗和换流次数的前提下，有效减少窄脉冲的数量、改进矩阵变换器的输入、输出波形质量，特别适于换流时间较长的中、高功率场合。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于驱动电机的功率变换器控制领域，具体涉及双电压调制下的三相矩阵变换器的控制方法，用于消除调制过程中出现的窄脉冲，以避免窄脉冲引起的输出电压和输入电流畸变问题。
技术介绍
矩阵变换器(Matrix Converter, MC)作为交-交单级功率变换器，以其在电能质量、功率密度、能量再生、结构体积等方面的突出优势，受到传动领域的广泛关注。目前，随着矩阵变换器调制策略、换流技木、输入输出波形质量、运行稳定性等方面的进ー步完善， 矩阵变换器馈电的电机调速系统已经在风カ发电、电梯曳引、机械制造等エ业领域获得应ο三相-三相矩阵变换器基本结构如附图说明图1(a)所示，输入侧由电压源供电并连接满足相关电能质量要求的LC滤波电路，输出侧连接具有电流源性质的感性负载。区別于传统意义上的功率变换器，矩阵变换器采用9个矩阵排列的四象限开关实现输出相到任意输入相电源的连接，通过对9个开关器件的通断控制，实现三相恒压恒频交流电输入至三相变压变频交流电输出的直接电能变换。1989年日本长崎大学J. Oyama等人提出了一种双电压调制方法，后经不断改进， 是目前唯一成功应用于中、低压矩阵变换器エ业级产品的调制方法。结合图3，其调制原理为将矩阵变换器的输入电压和输出电压按最大、中间、最小值进行分类，并表示为vimax、 vimid、vimin和v。_、v。mid、v。min，同时定义绝对值最大的输入相电压作为基准电压vbase。在単位开关周期Ts内，根据基准电压的取值，最大电压输出相v。max或最小电压输出相v。min与基准电压Vbase输入相相连，即与最大或最小输出相相连的三个开关中，开关S。max,imax或S。min,imiI^ 终导通，另两个始终关断，通过其余六个开关的通断控制，使输出线电压Δν。_和Av。mid以给定的順序依次和输入线电压Avimax和Avimid以及零电压相连，同时输入电流相应地在各负载相电流之间切換，使得合成的输出电压和输入电流满足调制要求，其中输出线电压的合成过程如图4所示，TA、TB、TC和Td为控制输出线电压Av。max、Av。mid与输入线电压Avimax、 Δ Vifflid相连的4个开关的导通时间，Ttlmax和Ttlmin为控制输出线电压Δ Vomax, Δ Vomid与零电压相连的2个开关的导通时间。对于矩阵变换器而言，获得上述开关导通时间构成的变换器调制函数仅是实现矩阵变换器控制的一部分。实际当中，矩阵变换器多采用分立开关组合形式构成四象限开关， 如图1(b)所示，而开关由于存在导通、关断延吋，会引起输入电源短路或负载开路问题。因此，分立器件的换流过程需要考虑到矩阵变换器的控制过程中。目前，矩阵变换器多采用基于负载电流极性检测或输入线电压极性检测的四步换流策略完成换流，如图5所示。图中可以看出，四象限开关的通断是通过分立器件的开关状态多步切換实现的，且每ー步变化均插入了一段延时Tc。采用上述换流过程，矩阵变换器完成一次换流的时间为Td，其值为3T。。受这ー换流时间的影响，矩阵变换器分立器件在単位开关周期内的导通时间是不能小于Td的。若小于换流时间的控制信号，也就是有窄脉冲作用于功率器件，易导致分立开关的安全换流逻辑发生错误，引起负载开路或输入电源短路问题，如图6所示，而瞬时产生的电流或电压尖峰则会威胁功率器件的安全运行。对于矩阵变换器的双电压调制方法，受调制方法本身、參考输出电压及脉宽调制 (Pulse Width Modulation,PWM)开关模式的影响，开关控制信号上出现窄脉冲的现象十分頻繁。目前为减少窄脉冲而采取的改进方法包括1.改进换流策略。该策略从简化换流过程角度出发，利用负载电流和输入电压等检测信息，将常规的四步或三步换流过程缩减为两步或一歩完成。该方法有效缩减换流时间、降低允许出现在功率器件上触发信号的脉冲宽度，是减少窄脉冲最常用的方法。2.优化分配零电压矢量策略。该策略是在单位开关周期内优化分配零电压矢量， 通过调整开关顺序延长功率器件导通时间。该方法同样可以达到减少窄脉冲数量的效果， 但唯一的缺陷是变换器的换流次数及开关损耗会有所増加。这些改进方法虽然在一定程度上减少了双电压调制下的窄脉冲数量，但是不可能完全消除窄脉冲。为避免窄脉冲的危害，在双电压合成调制算法中，对尚存的窄脉冲需要妥善解決，常规的处理方法有两个；1.将窄脉冲直接丢弃；2.延长窄脉冲作用时间至最小安全换流时间Td。上述两种方法虽然最终采用強制消除窄脉冲的手段，换取了功率器件的安全运行，但矩阵变换器各开关的导通时间TA、TB、TC和Td不再满足输入电流及输出电压的调制要求，导致电网侧及负载侧电流出现畸变。
技术实现思路
本专利技术针对双电压调制下的窄脉冲和输入、输出调制波形崎变问题提出一种改进的双电压调制方法。该方法在不增加开关损耗及换流次数时前提下，不但可以大幅减少双电压调制方法中窄脉冲数量，而且最大程度地满足输入电流及输出电压的调制要求，从而改进输入和输出波形的畸变程度、提高电能变换质量。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是1、，其特征在干，根据不同窄脉冲的出现情况，通过使某ー开关在开关周期内保持关断状态，同时引入负载电流信息，来构造不同的调制函数用于矩阵变换器的开关控制，新构造的调制函数同时满足矩阵变换器输入电流和输出电压控制要求；新构造的调制函数方法如下当传统双电压调制方法计算的导通时间TA、TB、TC、! 、!；_、Ttlmid中至少有ー个出现窄脉冲吋，根据矩阵变换器输入-输出电压关系及输出电压调制要求权利要求1. ，其特征在干，根据不同窄脉冲的出现情况，通过使某ー开关在开关周期内保持关断状态，同时引入负载电流信息，来构造不同的调制函数用于矩阵变换器的开关控制，新构造的调制函数同时满足矩阵变换器输入电流和输出电压控制要求；新构造的调制函数方法如下当传统双电压调制方法计算的导通时间2.根据权利要求1所述的ー种矩阵变换器窄脉冲抑制与电能质量改进方法，其特征在干，包括以下步骤第一歩根据传统双电压调制方法，确定控制输出线电压△▼。_和Δν。-连接到输入线电压Δ Vifflax, Δ Vifflid和零电压的6个开关器件的导通时间TA、Tb、Tc, Td、T0fflax和Ttlmid ；第二步将TA、TB、Tc, TD、T0fflax和Ttlmid分別与安全换流时间Td相比较，若导通时间小于 Td,则视其为窄脉冲，并根据窄脉冲存在于TA、TB、T。、TD中、还是存在于Ttlmax和Ttlmid中作为切换条件，若为前者进入第三歩，若为后者进入第四歩，若无窄脉冲现象进入第六步；第三步选取第IV组T' D = 0的调制函数，计算并判断它们是否满足以下条件①导通时间取值属于W，Ts]；②导通时间内不再出现窄脉冲现象。若满足条件则用它们更新传统双电压调制下的导通时间TA、TB、Tc, TD、T0fflax和Ttlmid，进入第六歩，否则按类似过程依次计算第II、第III、第I组调制函数，并判断是否满足条件①②，若满足则用其更新传统双电压调制下导通时间，并进入第六歩，否则进入第五步；第四步选取第V组T' Clmax = O时的调制函数，计算T' A、T' B、T' C、T' D，T' 0fflax本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：夏长亮，阎彦，史婷娜，李萌，陈炜，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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