[发明专利]基于载波调制的双级矩阵变换器的死区补偿方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种基于载波调制的双级矩阵变换器的死区补偿方法及其装置。

背景技术

矩阵变换器是近十年来电力电子领域里的研究热点，它具有很多优良特性，能量可以双向流通、输入输出电流正弦、输入功率因数可控，且无需大容量的贮能元件、结构紧凑、体积小。特别是最近几年在单级矩阵变换器基础上发展起来的双级矩阵变换器，它不仅具备了单级矩阵变换器的优良特性，而且克服了单级矩阵变换器存在的钳位电路庞大，换流控制复杂等不足，成为目前最有发展潜力的一种电力变换器。

双级矩阵变换器常见的拓扑结构如附图1所示，主要由整流级、中间箝位电路、逆变级三部分组成。与传统交-直-交变频器相比，双级矩阵变换器没有中间直流大电容，因此整流级和逆变级之间具有很强的耦合作用。整流级的调制主要是保证输入端的功率因数及中间箝位电路直流电压为较大值，逆变级则需要根据变化的直流电压大小调制得到期望的输出电流。和普通逆变器一样，为保证逆变级的安全运行，双级矩阵变换器逆变级的三个桥臂上下开关器件在导通过程中需要插入死区时间，即在上下开关器件交替导通的过程中安排一段时间使这两个开关器件都关闭，从而避免出现同一桥臂两个开关器件同时导通而出现桥臂短路，烧坏开关器件的危险。

尽管如此，这一死区时间的插入却使得输出电流波形受到了影响，这是因为在死区时间内，输出电压是不受控的，即在这一小段时间内，输出电压不等于期望输出电压，甚至与期望输出电压极性相反。这一影响在变频器输出频率变低的时候更为突出，因为频率变低时，在一个输出周期内插入了多个死区时间，相应的不受控电压增大。正因为如此，为了获取性能优良的电力变换器，要求对电力变换器进行死区补偿，例如普通的逆变器。但是目前针对双级矩阵变换器的研究中没有涉及到它的死区补偿，而通过研究它的工作原理，可以明确知道双级矩阵变换器中的死区效应对它的性能有着不可忽视的影响；因此，有必要对它的死区效应进行补偿，以获得比较理想的输出电流。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于载波调制的双级矩阵变换器的死区补偿方法及其装置，以克服双级矩阵变换器死区效益，获得更为理想的输出电流。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于载波调制的双级矩阵变换器的死区补偿方法，其特征在于：先计算整流级输

出电压周期平均值为u_dc和测量逆变级的电流方向，按照以下公式计算死区补偿占空比：

d_i＝sgn(i_i)(T_d+T_on-T_off)/T_s+(u_io+0.5*sgn(i_i)(u_ce+u_d))/(u_dc-u_ce+u_d)+0.5，i∈{a，b，c}；对应整流级一个开关周期，逆变级分前后两段进行载波调制，前后两段载波的占空比分别为d_i与整流级两个电流空间矢量占空比的乘积，即d_γ1d_i和d_σ1d_i；再根据d_γ1d_i和d_σ1d_i控制IGBT(绝缘型双极性晶体管，Insulated-Gate Bipolar Transistor)的导通和关断，实现双级矩阵变换器的死区补偿；其中i_i为逆变级输出电流，sgn(.)为符号函数，T_d为死区时间，T_on为IGBT的开通延时时间，T_off为IGBT的关断延时时间，T_s为IGBT的开关周期，u_io为输出a、b、c三相的调制电压，u_io＝u_is-u_os，i∈{a，b，c}，其中u_is为逆变级输出参考电压，u_os为零序偏置电压；u_dc为整流级输出电压周期平均值，u_ce为IGBT的导通压降；u_d为二极管导通压降；a、b、c分别a、b、c三相的标识符。