[发明专利]直接矩阵变换器的零共模电压调制及输入无功控制方法

说明书

本发明提供一种直接矩阵变换器的零共模电压及输入无功控制方法，除了提出一种直接矩阵变换器零共模电压的空间矢量调制方法外，还在该调制策略基础上提供一种控制输入无功的控制方法。所提调制方法同时采用顺时针旋转矢量和逆时针旋转矢量，给出了各个矢量占空比的表达式，该调制方法能实现直接矩阵变换器的零共模电压，有效抑制共模电流，这有利于延长电机的使用寿命和减小对周围设备的电磁干扰。根据调制策略中占空比的自由度，提供一种简单实现输入无功的控制方法。此外，本发明的控制方法不需要复杂的扇区判断；具有较小的计算量，因此适合于实际应用。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，更具体地，涉及一种直接矩阵变换器的零共模电压调制及输入无功控制方法。

背景技术

直接矩阵变换器是近十年来电力电子领域的研究热点，它具有很多优良的特性，能量可以双向流通、输入输出电流正弦、输入功率因数可控，且无需中间大容量的储能环节等。因而在电机驱动、风力发电等领域有着广泛的应用。

然而，矩阵变换器在工作时，会在电机负载中性点产生高频、高du/dt的共模电压。该共模电压激励系统中杂散电感和耦合电容，产生较大的共模电流，对周围设备产生电磁干扰。同时还会导致电机轴承腐蚀损坏，影响电机的寿命。

目前直接矩阵变换器共模电流一般是通过抑制共模电压实现。传统的方法一是通过两个有效矢量代替零矢量，避免零矢量的出现。二是采用具有零共模电压特性的顺时针旋转矢量或者逆时针旋转矢量进行合成。但是常规采用旋转矢量的调制方法需要进行扇区判断，且出现了计算复杂，输入功率因数不可控等问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述背景技术提及的缺陷，为了实现减小直接矩阵变换器的共模电压和输入无功功率控制，本发明设计了一种直接矩阵变换器的零共模电压调制及输入无功控制方法，除了提出一种直接矩阵变换器零共模电压的空间矢量调制方法外，还在该调制策略基础上提供一种控制输入无功的控制方法。空间矢量调制方法同时采用顺时针旋转矢量和逆时针旋转矢量，给出了各个矢量占空比的表达式，该调制方法能实现直接矩阵变换器的零共模电压，有效抑制共模电流，这有利于延长电机的使用寿命和减小对周围设备的电磁干扰。根据调制策略中占空比的自由度系数，提供一种简单实现输入无功的控制方法。此外，本发明的控制方法具有调制过程简单、开关动作次数少、无需扇区判断、开关动作序列固定等优点，且具有较小的计算量，因此适合于实际应用。

(二)技术方案

本发明公开了一种直接矩阵变换器的零共模电压调制及输入无功控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：输入无功功率控制，根据计算输入无功功率Q和输入无功功率给定值Q^*的差值对输入无功功率进行比例积分控制，最后将比例积分控制器的输出经过限幅器后得到可变系数γ，所述限幅器的限幅值为[0,1]；

步骤2：零共模电压调制，采用六个旋转矢量r₁-r₆进行输入电流、输出电压的合成，根据空间矢量调制合成原理，对具有无限解问题的各个旋转矢量的占空比d₁～d₆的非齐次方程组进行求解，并将方程组通解表达式中的自由变元k替换为步骤1中的可变系数γ，得到占空比d₁～d₆的通解；

所述的步骤2中最后得到的占空比d₁～d₆的通解表达式为：

其中，d₁～d₆分别为旋转矢量r₁～r₆的占空比，m为矩阵变换器的调制系数；γ为系数，ωt为矩阵变换器输入电压相角，ω_ot为矩阵变换器输出相角；