[发明专利]基于三重傅里叶级数的超稀疏矩阵变换器谐波计算方法

说明书

本发明公开了一种基于三重傅里叶级数的超稀疏矩阵变换器谐波计算方法，设定三相输出对称，并在空间矢量调制策略下进行，主要包括(1)求解所述整流级各桥臂开关管的导通占空比；(2)求解所述逆变级各桥臂开关管的导通占空比；(3)输入电流参考矢量和输出电压参考矢量所在扇区之间共有36种不同的组合，根据每种组合下整流级有效矢量和逆变级有效矢量及逆变级零矢量的作用顺序，确定每种组合下整流级和逆变级各开关管的波形，并得出所述三相‑三相超稀疏矩阵变换器每相输出电压脉冲波形；(4)求解每种扇区组合下一个载波周期内三相输出电压脉冲的跳变点；(5)求解输出电压三重傅里叶系数；最后，求解输出电压各次谐波的幅值。

技术领域

本发明属于电力变换技术领域，更具体的说，是一种基于三重傅里叶级数的超稀疏矩阵变换器输出电压谐波计算方法。

背景技术

超稀疏矩阵变换器是传统矩阵变换器的一种衍生结构，其不仅具有传统矩阵变换器的优良特性，如结构紧凑、无中间储能环节、输入和输出电流正弦、输入功率因数可调等，而且克服了传统矩阵变换器换流复杂、开关数量多等缺点，是目前颇具发展潜力的一种新型矩阵变换器。

作为一种交-交电力变换器，超稀疏矩阵变换器的首要任务是获得正弦度较高的输出波形，但是受电力电子器件本身特性及调制方法的影响，其输出波形不可避免的含有谐波分量，在实际应用中会产生不利影响。因此，对超稀疏矩阵变换器的输出波形中谐波成分进行准确分析显得尤为重要。

虽然目前对于超稀疏矩阵变换器的谐波特性的研究较少，但仍可借鉴传统变换器的谐波分析方法对超稀疏矩阵变换器的谐波进行分析。常见的电力变换器的谐波分析方法包括以下几个方面：

(1)对波形进行FFT分析，这种方法简单容易实现，通过对信号进行采样、加窗等一系列处理获得谐波频谱。然而FFT分析对波形的周期性和频率分辨率非常敏感，在某些情况下，例如变换器的输入、输出或载波频率为非整数时，FFT存在较严重的频谱泄漏、混叠等问题，得到的谐波频谱与实际情况有较大偏差。

(2)利用傅里叶级数计算波形的谐波解析式。较为常用的是利用二重傅立叶级数计算波形的谐波解析式来研究变换器的输入或输出谐波特性。与传统矩阵变换器一样，超稀疏矩阵变换器的输出波形与输入、输出频率以及载波频率都相关，而这三个频率相互独立。若采用常见的二重傅立叶级数分析方法最多考虑其中两个频率，得到的频谱分析结果不精确。

针对以上问题，已有学者尝试利用三重傅里叶级数对传统矩阵变换器在“AV方法”下的输出波形谐波进行分析，得到输出电压谐波频谱。但超稀疏矩阵变换器与传统矩阵变换器拓扑结构及控制性能存在差异，相比于“AV方法”，空间矢量调制不仅将最大电压传输比由0.5提高到0.866，而且便于数字化实现，应用甚为广泛。然而目前尚未有成熟的谐波分析理论应用至超稀疏矩阵变换器空间矢量调制中。

发明内容

本发明针对空间矢量调制下的超稀疏矩阵变换器，提供一种基于三重傅里叶级数的超稀疏矩阵变换器谐波计算方法，以获得较准确的谐波频谱。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于三重傅里叶级数的超稀疏矩阵变换器谐波计算方法，其中，三相-三相超稀疏矩阵变换器包括整流级和逆变级，所述整流级的每相桥臂均由一个开关管和四个二极管组成，所述逆变级的每相桥臂均由两个开关管和两个二极管组成，首先，设定三相输出对称，并在空间矢量调制策略下进行，具体包括以下步骤：

步骤一、所述整流级的有效矢量将空间划分为6个扇区，在每个扇区内始终有一相电流幅值维持最大；当输入电流参考矢量I_ref位于某一扇区，由正弦定理求解合成该输入电流参考矢量I_ref所需的两个相邻有效矢量的占空比分别为d_m和d_n，然后，由占空比d_m和d_n求解所述整流级各桥臂开关管的导通占空比，分别记为d_a、d_b和d_c；