一种抑制矩阵变换器输入侧振荡的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种矩阵变换器的控制方法，特别设及一种抑制矩阵变换器输入侧振 荡的控制方法。
【背景技术】
[0002] 矩阵式变换器是一种新型AC-AC变换器，具有体积小、重量轻和工作寿命长的特 点，被当作目前大量应用的双PWM变换器的替代拓扑之一，在国内外被广泛研究。矩阵变换 器系统结构如附图1所示。S相电源电压通过LC滤波器接到矩阵变换器的输入侧。附图 1中Rf为滤波电感Lf的内阻。矩阵变换器的拓扑结构为双级矩阵变换器，也可为传统的单 级矩阵变换器。矩阵变换器的输出侧负载可为无源负载、电机负载或公用电网。为抑制矩 阵变换器输入电压波动对输出侧性能的影响，控制器直接采集=相输入电压，根据空间矢 量调制算法产生变换器所需的PWM驱动信号。
[0003] 许多文献已经证明，在该种控制方式下，对于输入LC滤波器而言矩阵变换器可等 效为恒功率负载。论文"矩阵变换器若干关键问题研究，中南大学博±学位论文，2010年" 指出，矩阵变换器在传输正向功率（正向模式）时，d轴输入阻抗为负值；在传输反向功 率（反向模式）时，q轴输入阻抗为负值。负的输入阻抗会使得LC滤波器的阻巧为负，导 致系统不稳定而引发大幅度振荡，危害半导体器件的安全。该文同时提出了使得滤波器稳 定的通用构造法，在正向模式下对输入电压的幅值进行滤波处理，在反向模式下对输入电 压的相角进行滤波处理，通过增加输入阻抗而抑制滤波器的振荡。但该两种模式下的构造 法相互冲突，同时使用时不能提高稳定性，因此需分别使用，增加了算法实现的复杂度。论 文"Stability Analysis and Experimental Evaluation of a Matrix Converter Drive System, in Proc. 29th Annu. Conf. IE邸 lECON, Roanoke, VA, 2003,卵.2059 - 2065"也提出 了类似的方法，它对输入电压的幅值和相角同时滤波，通过改变滤波器的时间常数W抑制。 但该种方法只有一个可变参数，控制范围有限，而且不能适用于反向模式。专利"一种双级 式矩阵变换器的运行控制方法，申请号201310058761. 8"提出了基于电源电流反馈控制的 方法，抑制了输入滤波器的振荡，但需要额外的电流传感器，增加了硬件电路成本。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种抑制矩阵变换器输入侧振荡的新型控制方法，W解决 现有方法存在的不足。
[0005] 本发明为解决上述技术问题采用W下技术方案：
[0006] 一种抑制矩阵变换器输入侧振荡的控制方法，其特征在于，在每个开关周期内，控 制器进行如下步骤：
[0007] 步骤1，采集矩阵变换器=相输入电压、=相输出电流；
[000引步骤2,采用一种可完全滤除基波分量的数字高通滤波器，对采集到的输入电压 a 0分量进行滤波，得到阻巧电流的a P分量；
[0009] 步骤3,将步骤2所得阻巧电流的a P分量添加到参考输入电流的a P分量中， 采用输出电流合成添加了阻巧电流后的参考输入电流；
[0010] 步骤4,根据矩阵变换器的空间矢量调制算法的原理，得到变换器的调制比和输入 电流矢量相角，产生PWM控制信号。
[0011] 本方法的具体实施步骤为：
[0012] 步骤1. 1，采集矩阵变换器S相输入电压UiA、Uie和U 1。，并根据下式所示的Clarke 坐标变换得到输入电压的a P分量Ui。和Uip;
[001 引
【主权项】
1. 一种抑制矩阵变换器输入侧振荡的控制方法，其特征在于，在每个开关周期内，控制 器进行如下步骤： 步骤1，采集矩阵变换器三相输入电压、三相输出电流； 步骤2,采用一种可完全滤除基波分量的数字高通滤波器，对采集到的输入电压α β 分量进行滤波，得到阻尼电流的α β分量； 步骤3,将步骤2所得阻尼电流的α β分量添加到参考输入电流的α β分量中，采用 输出电流合成添加了阻尼电流后的参考输入电流； 步骤4,根据矩阵变换器的空间矢量调制算法的原理，得到变换器的调制比和输入电流 矢量相角，产生PWM控制信号。
2. 根据权利要求1所述的一种抑制矩阵变换器输入侧振荡的控制方法，其特征在于， 本方法的具体实施步骤为： 步骤1. 1，采集矩阵变换器三相输入电压uiA、uiB和u ^并根据下式所示的Clarke坐标 变换得到输入电压的α β分量uia和Uip:
步骤1. 2,采集矩阵变换器三相输出电流if。和i。。，并根据下式所示的Clarke坐标 变换得到输出电流的α β分量
步骤1.3,设期望的输出电压α β分量为u。/和u。/，根据下面三式分别计算出矩阵 变换器传输的有功功率Ρ、直流母线电流Id。和输出电压的相角θ
步骤1. 4,结合步骤1. 3计算出的有功功率Ρ，由下式计算出不包含阻尼电流的输入电 流α β分量给定值iia#和i iP%
步骤I. 5,根据步骤I. 2计算出的Uia和u ifi，采用数字高通滤波器对其滤波，得到阻尼 电流的α β分量iiae和i ifie; 步骤I. 6,根据步骤I. 4计算出的i:和i i/与步骤I. 5计算出的i iajP i iPe;，由下式 计算出添加阻尼电流后的输入电流给定值iia#和i ifT:
步骤1. 7,根据步骤1. 3计算出的Id。和步骤1. 6计算出的i ia#和i ifT，由下面两式计 算出矩阵变换器的调制比m和输入电流矢量的相角Θ ii:
步骤1.8,根据步骤1.3计算出的ΘΜ、步骤1.7计算出的m和，采用矩阵变换器常 用的空间矢量调制算法产生PWM控制信号。
3. 根据权利要求2所述的一种抑制矩阵变换器输入侧振荡的控制方法，其特征在于， 步骤1. 5采用数字高通滤波器计算出阻尼电流iiae和i ifie的具体实现步骤为： 5. 1由下式解算出中间计算变量Xic^P X iP:
式中，Td为设定的数字高通滤波器的时间常数，ω s为输入电压角频率； 5. 2由下式计算出阻尼电流iiae^P i iPe;:
式中，Kd为设定的数字高通滤波器的增益。
4. 根据权利要求2所述的一种抑制矩阵变换器输入侧振荡的控制方法，其特征在于， 期望的输出电压α β分量u。/和u。/由控制器直接设定或者由输出电流闭环控制产生。
【专利摘要】本发明公开了一种抑制矩阵变换器输入侧振荡的控制方法，该方法采用一种新型数字高通滤波器，对输入电压的αβ分量同时进行滤波，将滤波后的输入电压信号作为阻尼电流注入到参考输入电流中，从而抑制滤波器的振荡。无论矩阵变换器传输正向功率还是反向功率，该方法均能有效地抑制电源电流和输入电压振荡；此外，该方法无需额外的电流传感器，不增加系统硬件成本，具有较大的实用性；更重要的是，本发明采用新型数字高通滤波器得到的阻尼电流不包含基波分量，对变换器的正常运行没有影响。
【IPC分类】H02M5-458, H02M1-12
【公开号】CN104638939
【申请号】CN201510047459
【发明人】雷家兴, 周波, 秦显慧, 卞金梁
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月29日