[发明专利]一种含Boost电路的超稀疏矩阵变换器

说明书

本发明公开了一种含Boost电路的超稀疏矩阵变换器，通过在超稀疏矩阵变换器USMC的直流环节增加Boost电路，提高直流环节的输出电压，使得超稀疏矩阵变换器的逆变级能够输出更高电压，从而拓宽电压传输比范围。并且，结合SVPWM调制策略，推导出于Boost电路的USMC拓扑结构的电压传输比以及输出功率因数范围，为USMC的应用奠定理论基础。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体的说是涉及一种含Boost电路的超稀疏矩阵变换器。

背景技术

目前，为了减少功率开关器件数量，降低换流次数，众多研究者对间接矩阵变换器(Indirect Matrix Converter，IMC)拓扑结构进行改进创新，得到功率开关器件仅为9个的超稀疏矩阵变换器(USMC)。为提高矩阵变换器电压传输比，目前仅有改进调制策略及调整拓扑结构两种途径。

2012年第24期的《电力系统及其自动化学报》中《混合式双级矩阵变换器的改进与优化》一文中在间接矩阵变换器(Indirect Matrix Converter，IMC) 中引入升压环节，从而提高电压传输比，但相对于USMC，其开关个数较多，换流技术略为复杂。2018年第33期的《电力科学与技术学报》中《超稀疏矩阵变换器的控制策略及其仿真分析》一文中对USMC建模仿真进行了详细分析，得到了不同输出频率下的输出电压波形，发现其拓扑结构和调制算法限制了电压传输比。

因此，如何减少矩阵变换器开关数目的同时提高电压传输比是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种含Boost电路的超稀疏矩阵变换器，通过在 USMC的直流环节增加Boost电路，提高直流环节的输出电压，使得逆变级能够输出更高电压，从而拓宽电压传输比范围。进一步，结合SVPWM调制策略，推导出新型USMC拓扑结构的电压传输比以及输出功率因数范围。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种含Boost电路的超稀疏矩阵变换器，包括输入滤波电路、整流级电路、 Boost升压电路和逆变级电路；所述输入滤波电路连接交流电源，输出滤波电压传输至所述整流级电路；所述整流级电路接收所述滤波电压，输出整流电压并传输至所述Boost升压电路；所述Boost升压电路接收所述整流电压，输出升压电压并传输至所述逆变级电路；所述逆变级电路接收所述升压电压，输出逆变电压。

优选的，所述输入滤波电路包括三路滤波支路，每一路所述滤波支路由电感和电容构成。

优选的，所述整流级电路包括三相桥臂，每一相所述桥臂输入连接一路所述滤波支路，每一相所述桥臂由IGBT和四个二极管组成，将所述滤波电压转换成直流电压，输出所述整流电压。

优选的，所述Boost升压电路包括开关器件、所述二极管、所述电感、所述电容和负载电阻，所述整流电压通过所述电感传输至所述二极管和所述开关器件，所述电容和所述负载电阻并联，两端的并联连接点连接在所述二极管和所述开关器件之间，所述负载电阻两端输出所述升压电压；当所述开关器件导通时，输入所述整流电压给所述电感充电，所述电感储存电能，稳定时在所述电感上有恒定的电流，且所述二极管反向截止，所述负载电阻由所述电容供电，输出所述升压电压恒定；当所述开关器件处于关断状态，所述电感上产生感生电动势，所述电感上的电流不能突变，所述电感的磁能转化成电感电压并与所述整流电压串联，一起为所述电容和所述负载电阻供电，通过调整开关器件占空比调节所述Boost升压电路输出的所述升压电压的电压传输比。

优选的，所述逆变级电路为两电平逆变器，连接在所述负载电阻两端，输出三相所述逆变电压。

优选的，所述Boost升压电路的电感参数为其中U₀为所述升压电压；D为所述开关器件占空比；I₀为输入电流；f为开关频率；