[发明专利]基于载波PWM的双输出双级矩阵变换器调制方法

说明书

本发明是一种基于载波PWM的双输出双级矩阵变换器调制方法，其特点是，对于整流级，将输入相电压划分成六个扇区，在每个扇区内选择两个幅值最大且极性为正的线电压来合成输出的直流电压，并计算相应的占空比；分别对于逆变级1和逆变级2，采用空间电压矢量调制，根据参考电压矢量所在扇区计算有效电压矢量及零电压矢量的占空比；对整流级以及逆变级的开关状态进行合理的优化组合。依据整个调制过程，画出功率开关PWM信号图，分别计算出整流级六个双向功率开关的调制信号和逆变级九个功率开关的调制信号，并与同一个三角载波信号比较，得到整流级双向功率开关的驱动信号和逆变级功率开关的驱动信号。其计算简单，易于实现。

技术领域

本发明属于交流-交流电能变换技术领域，具体涉及一种基于载波PWM的双输出双级矩阵变换器调制方法。

背景技术

双级矩阵变换器作为一种AC-AC两级变换器，不仅使输入输出为良好的正弦波形，还具备能量的双向传递、可四象限运行、不需要大容量储能元件、输入功率因数可调且能近似达到1等优点。虽然优点众多，但它只能实现一组三相交流输出，在风力发电系统、电动汽车、轨道机车牵引等需要双交流领域就显得无能为力，为此提出了基于九开关逆变级的双输出双级矩阵变换器拓扑(Dual-OutputTwo-StageMatrixConverte,DO-TSMC)，逆变级只需九个开关就可以实现两组三相交流电输出，功率开关器件数量减少，解决了拓扑结构冗余和功率开关器件利用率低等问题；无直流环节储能元件，提高了拓扑的紧凑性；具有TSMC变换器优良的输入/输出响应特性；可以实现功率双向流动。

目前针对双输出双级矩阵变换器调制方法主要是空间矢量调制策略，包括整流级有零矢量的空间矢量调制和整流级无零矢量的空间矢量调制，以及在空间矢量的基础上对两组逆变级的作用时间进行比例分配的空间矢量调制策略。但应用空间矢量调制方法时，需要进行复杂的三角函数计算，过程复杂，不利于编程和硬件的实现。

发明内容

本发明的目的是，提出一种科学合理，适用性强，效果良好的基于载波PWM的双输出双级矩阵变换器调制方法，旨在解决现有的双输出双级矩阵变换器调制策略复杂的问题。

实现本发明目的采用的技术方案是，一种基于载波PWM的双输出双级矩阵变换器调制方法，包括整流级和逆变级，所述整流级是由六个双向功率开关组成的三相整流电路，所述逆变级是由九个功率开关组成的两组三相逆变电路，可称为逆变级1以及逆变级2，其特征在于：

对于所述的整流级，将输入相电压划分成六个扇区，在每个扇区内选择两个最大且极性为正的线电压来合成输出的直流电压，使输出中不含零电压，计算相应的占空比；

对于所述的逆变级，逆变级1是由上面三个功率开关和中间三个功率开关组成，逆变级2是由下面三个功率开关和中间三个功率开关组成；逆变级1、逆变级2共用中间三个功率开关，分别对两组逆变级使用空间矢量调制，计算出相应的占空比；

为了获得三相对称的输入电流和输出电压，应该对整流级和逆变级的功率开关状态进行有效优化组合，然后依据整流级和逆变级的调制过程，画出优化后的开关调制顺序图，分别计算出整流级六个双向功率开关的调制信号和逆变级九个功率开关的调制信号，并与设定的同一个三角载波信号比较，得到整流级双向功率开关的驱动信号，进而得到直流侧电压；然后再利用逆变级九个功率开关的调制信号与设定好的三角载波信号相比较，得到逆变级功率开关的驱动信号；在直流侧电压的基础上进行三相逆变，得到期望的两组三相交流输出电压。

进一步，所述三角载波信号幅值从-U_i到U_i变化，其载波周期与调制周期相同。

进一步，所述整流级六个双向功率开关的调制信号分别为：

当u_w0时，