一种含有源阻尼滤波单元的矩阵变换器及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种含有源阻尼滤波单元的矩阵变换器，包括输入电源、LC输入滤波单元、开关矩阵和微处理单元，输入电源提供的电流依次通LC输入滤波单元和开关矩阵输入到负载中，其中，微处理单元通过控制LC滤波器的谐振阻尼，进而对LC滤波器输入电流波形进行控制，以获得预期的输出电压，根据预期的输出电压分配开关矩阵中各开关管的脉冲，控制开关矩阵中各开关管的工作状态。本发明还提供了上述含有源阻尼滤波单元的矩阵变换器的控制方法。本发明改善动态特性，而且可以降低电源电流谐波含量，使电源侧始终接近单位功率因数，提高矩阵变换器的效率。同时有效抑制LC滤波器出现的谐振，降低电源电流的总谐波畸变率，减弱矩阵变换器对电网的影响。
【专利说明】一种含有源阻尼滤波单元的矩阵变换器及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种矩阵变换器，特别涉及一种含有源阻尼滤波单元的矩阵变换器及 其控制方法。
【背景技术】
[0002] 在矩阵变换器的输入侧加上LC滤波器主要是为了满足电磁兼容性的要求，防止 矩阵变换器输入端由于开关器件高频开关所带来的毛刺倒灌进入电网；滤除电网中高频 电压成分，以免影响矩阵变换器的输出质量。但LC滤波器是二阶欠阻尼系统，当系统含 有接近LC滤波器谐振频率的谐波时，输入电流会受到严重干扰，甚至系统不能正常工作。 在分析矩阵变换器输入滤波器时，在三相输入电压平衡且三相负载平衡的前提下，可将三 相-三相矩阵变换器等效为三个如图1所示的单相功率变换系统的组合。I M为矩阵变换器 的单相输入电流，Us为单相电压源，Is为单相电源电流，U c为滤波器电容电压，以IS，UC作为 输出变量，可得表达式：
【权利要求】
1. 一种含有源阻尼滤波单元的矩阵变换器，其特征在于：包括输入电源、LC输入滤波 单元、开关矩阵和微处理单元，所述输入电源提供的电流依次通LC输入滤波单元和开关矩 阵输入到负载中，其中，所述微处理单元通过控制LC滤波单元的谐振阻尼，进而对LC滤波 单元输入电流波形进行控制，以获得设定的输出电压，根据设定的输出电压分配开关矩阵 中各开关管的脉冲，控制开关矩阵中各开关管的工作状态。
2. 根据权利要求1所述含有源阻尼滤波单元的矩阵变换器，其特征在于：所述微处理 单元内包括锁相环、坐标变换单元、虚拟电阻函数单元、d轴电流调节器、q轴电流调节器、 输出电压调节器以及占空比计算和开关组合控制单元；其中，将输出电压幅值基准与检测 到的输出电压实际值送入所述输出电压调节器中，所述输出电压调节器的输出作为电源电 流d轴分量的给定值，与检测到的电源电流d轴分量实际值送入所述d轴电流调节器；LC输 入滤波单元输入电流q轴分量给定值与LC输入滤波单元输入电流q轴分量实际值输入到 所述q轴电流调节器中，将电源电压与电源电流输入到所述虚拟电阻函数单元中，所述虚 拟电阻函数单元的输出与d、q轴电流调节器的输出一起输入至加法器中，所述加法器的输 出经坐标变换单元生成矩阵变换器的输入电流α、β轴分量，然后将输入电流α、β轴分 量送入占空比计算和开关组合控制单元，同时输出电压的频率和相位也送入所述占空比计 算和开关组合控制单元，计算出所需要的开关信号，其中，所述锁相环用于计算输入电源的 电角度。
3. 权利要求1?2中任意一项所述的含有源阻尼滤波单元的矩阵变换器的控制方法， 其特征在于：包括以下步骤： 步骤1 :采样矩阵变换器输出电压值，将采样值与矩阵变换器输出电压给定值输入到 输出电压调节器中进行比较，再经比例积分控制器得到滤波器输入电流d轴分量的给定值 ;同时令滤波器输入电流的q轴给定值为& = 〇 ·， 步骤2 :采样输入电源的电流、电压；输入电源的电压值经锁相环计算后得到输入电源 的电压的电角度ω t，通过坐标变换单元把三相静止坐标系下的输入电源的电流与电压变 换为两相旋转坐标系下的输入电源的电流Isd，I Sq与电压Usd，USq，其中坐标变换根据公式： ~ 2 2 1γ ? -j u ~\ n _s*n(^) -sin(^/--π) -sin(^/ +-^·) !sa USa = 3 23 23 4?计算获得；其中， L Sd w」 cos(iy〇 cos(mt--π) cos(&t·ιπ) / JJS. _ 3 3 」L f c」 ISa，Isb，Is。分别为输入电源a，b，c三相的电流值，U Sa，Usb，Us。分别为输入电源a，b，c三相的 相电压值； 步骤3 :输入电源的电流给定值和实际值的d、q轴分量分别输入d轴电流调节器与q 轴电流调节器，电流调节器的输出为矩阵变换器输入电流原始参考值; 步骤4 :通过虚拟电阻函数对进行补偿，其中，虚拟电阻函数为： 「/办)? \ Usdik) Usq{k) [rfKMC rfKMCT rfKMCTpsAk 1} 1}J 式中，Ird(k)，Irq(k)，usd(k)，uS(1(k)，I sd(k)，ISq(k)分别为补偿量、电源电压、电源电流在 第k拍时的d、q轴分量；Isd(k-l)，ISq(k-l)为电源电流在第k-Ι拍时的d、q轴分量；L为 LC滤波单元的电感值；Ts为矩阵变换器的PWM调制周期；rf为虚拟电阻的值；KM。为矩阵变 换器的增益； 步骤5 :经坐标变换单元，根据公式 4? 1 = Γ cos(mt) - sin(?〇1 Γ fm + lrd _4J Lsi? cos(i?i) \[ll!g+Irq_ 获得补偿后矩阵变换器输入电流参考值的两相静止坐标系α、β轴分量和; 步骤6:根据补偿后矩阵变换器输入电流参考值的α、β轴分量和/】?/?与输出电压 相角计算各输入、输出矢量的作用时间，分配各开关管的脉冲，最后经隔离驱动单元使系统 工作。
【文档编号】H02M1/12GK104113218SQ201410248049
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】陆松, 葛红娟, 徐媛媛, 许宇翔, 国海 申请人:南京航空航天大学