[发明专利]一种矩阵变换器输出电压控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力变换技术领域，尤其涉及一种矩阵变换器输出电压控制方法。

背景技术

三相-单相矩阵变换器如图1所示，包括：由6个双向功率开关Sx（x为大于等于1且小于等于6的正整数）按照3×2矩阵拓扑构成功率开关矩阵101及输入LC滤波器102；矩阵变换器的输入端R、S、T接三相电网，输出端ACI、ACO接负载；其中双向功率开关Sx的具体实现形式为图2所示，Sx＋为靠近输入侧的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，Sx﹣为靠近输出侧的IGBT。

矩阵变换器采用的双电压调制策略为：在每个开关周期之内，通过导通两个输入线电压合成输出电压。传统的双电压调制策略具体为：选取输入线电压绝对值最大相Umax和输入线电压绝对值中间相Umid作为有效矢量合成输出电压。并且输入线电压绝对值中间相Umid的作用时间与输入线电压绝对值最大相Umax的作用时间之比，也即控制因子，等于输入相电压绝对值最小相除以输入相电压绝对值中间相；其在一个开关周期之内的开关矢量图如图3所示，此时图1所示的功率开关矩阵101内六个开关S1～S6的驱动波形如图3下方所示。当其参考输出电压值小于参考电压阈值时，说明此时变换器在低调制系数下运行，其参考输出电压值很小，作为有效矢量合成输出电压的输入线电压绝对值中间相Umid的作用时间T1及输入线电压绝对值最大相Umax的作用时间T2非常短，导致驱动波形存在大量窄脉冲；又由于矩阵变换器必须采用四步换流来完成电流换相，当驱动波形为窄脉冲时，且作用时间T1或作用时间T2小于其开关换流时间时，将会出现上一次换流还没结束、新的换流又即将开始的情况，进而引起开关换流出错而造成输出电压产生畸变，引起输出起动转矩降低，严重时可能会导致整个系统崩溃。

目前在低调制系数下减小输出电压畸变的方法主要是在空间矢量调制的基础上，通过将计算出的作用时间与安全换流值进行比较，判断插入1个或2个或3个零矢量的方式消除窄脉冲。但是此种方法需要比较作用时间以及需要在插入几个零矢量之间切换，不但增加了运算量，而且只是通过简单的插入零矢量，虽然消除了窄脉冲，但是并没有改变有效矢量的作用时间，当有效矢量作用时间小于开关换流周期时，仍旧会出现上一次换流还没结束、新的换流又即将开始的情况，没有从根本上减小有效矢量作用时间短对换流的影响，改善输出电压畸变的能力非常有限。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种矩阵变换器输出电压控制方法，以解决现有技术改善输出电压畸变的能力有限的问题。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种矩阵变换器输出电压控制方法，应用于矩阵变换器，所述矩阵变换器包括：控制器及功率开关矩阵；所述矩阵变换器输出电压控制方法包括：

所述控制器计算参考输出电压扇区和输入电压扇区；

所述控制器判断所述矩阵变换器是否在低调制系数下运行；

当所述控制器判断所述矩阵变换器在低调制系数下运行时，选取其输入线电压绝对值中间相和最小相作为其有效矢量，选取输入相电压绝对值最大相与输入相电压绝对值中间相之比作为控制因子；

所述控制器根据所述有效矢量及控制因子计算有效矢量和零矢量的作用时间；

所述控制器根据所述有效矢量和零矢量的作用时间、所述参考输出电压扇区和输入电压扇区信息，按照每个零矢量的作用时间均不小于一个开关换流周期的原则安排新的矢量导通顺序；

所述控制器控制所述矩阵变换器的功率开关矩阵按所述新的矢量导通顺序导通或闭合。

优选的，一个开关周期内的所述零矢量包括：第一零矢量、第二零矢量及第三零矢量；一个开关周期内的所述有效矢量包括：第一有效矢量及第二有效矢量；

所述新的矢量导通顺序为：第一零矢量-第一有效矢量-第二零矢量-第二有效矢量-第三零矢量-第二有效矢量-第二零矢量-第一有效矢量-第一零矢量。

优选的，所述第一零矢量及第二零矢量的作用时间相同，均为所述第三零矢量的作用时间的二倍。

优选的，输入线电压绝对值中间相ΔUmid和输入线电压绝对值最小相ΔUmin的计算公式为：