一种减少双级矩阵变换器换流次数的载波调制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于交流-交流电能变换装置的技术领域，具体涉及一种减少双级矩阵变 换器换流次数的载波调制方法。
【背景技术】
[0002] 双级矩阵变换器的电路拓扑结构如图1所示，它是由三相整流级和逆变级级联而 成，且无中间直流环节，其三相输入端连接三相电网，三相输出端连接交流负载。
[0003] 双级矩阵变换器的调制方法主要有两种：双空间矢量调制和载波调制。其中，应用 双空间矢量调制方法时，需要多次划分扇区以及在不同扇区内对矢量进行复杂的排序，过 程复杂多变；对开关调制顺序进行中心化处理后，如图2所示，图中，1\、1\和IV为整流级 有效矢量和零矢量的作用时间，且有T u +Tγ +Ite= T s，TQl u +Tα u +T Ji u = T u，Tqi γ +Tα γ +T Ji γ = Τγ。通过分析，该方法在一个调制周期内的换流次数为16次。
[0004] 载波调制是通过选择适当的载波信号与调制波信号相比较，得到控制功率开关通 断的PWM信号，过程简单且易于实现。对于双级矩阵变换器来说，其载波调制分为整流级载 波调制和逆变级载波调制。传统载波调制时，其整流级无零矢量，而逆变级有零矢量，且功 率开关的驱动信号是由整流级和逆变级的调制信号与各自的载波信号相比较得到的；对开 关调制顺序进行中心化处理后，如图3所示，图中，1；和T y为整流级两个线电压的作用时间， 且!；+!；= Ts，Tax+Tex+TQlx= Tx，Tay+Tey+TQly= Ty。经分析，该方法在一个调制周期内的换 流次数为14次。
[0005] 在应用双空间矢量调制或传统载波调制时，双级矩阵变换器的换流次数均较多， 从而造成了较大的开关损耗。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是，提出一种科学合理，适用性强，效果佳的减少双级矩阵变换器换 流次数的载波调制方法，意在解决现有的双级矩阵变换器调制策略换流次数较多造成的开 关损耗较大的问题。
[0007] 实现发明目的采用的技术方案是，一种减少双级矩阵变换器换流次数的载波调制 方法，所述双级矩阵变换器包括整流级和逆变级，所述整流级是由六组双向功率开关组成 的三相桥式整流电路，所述逆变级是由六组功率开关组成的三相逆变电路；其特征在于：
[0008] 对于所述的整流级，把输入相电压划分成六个区间，在每个区间内选择两个最大 且极性为正的线电压和零电压来合成输出的直流电压，并计算相应的占空比；对于所述的 逆变级，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，将逆变级的零电压矢量的占空比等效变换到整流级，然后依据整流级和逆 变级的调制过程，画出开关调制顺序图，分别计算出整流级和逆变级的调制信号，并与同一 个三角载波信号比较，得到整流级和逆变级功率开关的驱动信号。所述三角载波信号幅值 从-1到1变化，其载波周期与调制周期相同。
[0009] 1)所述整流级的调制信号为：
[0011] 其中，VjP V 2为整流级的调制信号；u _和u _分别为逆变级输出相电压u A、uB、Uc 的最大值与最小值；4和dz为合成输出直流电压的两个有效线电压的占空比；Ud。为整流级 输出的直流电压平均值；U d。的计算公式如下：
[0012] Udc= dy · uxy+dz · uxz+d0r · uxx
[0013] 其中，uxy、Uxz和Uxx分别为合成整流级输出直流电压的两个线电压及零电压； X，y, z e {a, b, c}，Uxy= u x-uy，Uyz= uy-uz，Ux为某一输入电压区间内绝对值最大的相电压， ujPuA另外两相电压；d&为零电压的占空比，dy、djP (1&的计算公式如下：
[0015] 其中，Uini为输入相电压幅值；
[0016] 2)所述逆变级的调制信号为：
[0018] 其中，Vxi和Vx2为逆变级X相的调制信号；u x为逆变级输出X相的相电压； X e {A, B, C}；
[0019] 3)利用整流级的调制信号1和V2W及逆变级的调制信号Vxi和V x2，分别与设定好 的三角载波信号相比较，得到控制整流级和逆变级功率开关的驱动信号。
[0020] 本发明的一种减少双级矩阵变换器换流次数的载波调制方法与双空间矢量调制 和传统载波调制相比，在一个调制周期内，本发明的方法的换流次数分别减少了 4次和2 次，降低了开关的损耗，并且保证了输入输出波形的质量，具有方法科学合理，适用性强，效 果佳等优点。
【附图说明】
[0021] 图1为双级矩阵变换器的基本结构拓扑图；
[0022] 图2为双空间矢量调制策略下，整流级在第1扇区和逆变级在第I扇区时开关的 调制顺序图；
[0023] 图3为传统载波调制策略下，整流级在第1区间和逆变级在第VI扇区时开关的载 波调制顺序图；
[0024] 图4为整流级输入相电压在一个调制周期内的区间划分图；
[0025] 图5为逆变级输出电压空间矢量分布及参考矢量合成不意图；
[0026] 图6为输出相电压区间划分示意图；
[0027] 图7为本发明调制策略下，整流级在第1区间和逆变级在第VI扇区时开关的载波 调制顺序以及生成整流级和逆变级A相的开关信号示意图；
[0028] 图8为本发明调制策略下输入相电压和电流波形以及输出相电压波形和负载电 流波形图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
[0030] 图1为双级矩阵变换器的基本结构拓扑图。113、叫、11。和13、^、1。分别表示三相输 入相电压和输入电流；u A、uB、叫和i A、iB、分别表示三相输出相电压和输出相电流；S kw(k =a, b, c ;w = ρ, η)代表整流级对应的双向功率开关；S_jw(j = A, B, C ;w = ρ, η)代表逆变级 对应的功率开关。
[0031] 首先，计算整流级和逆变级各矢量的占空比。
[0032] (1)整流级占空比计算
[0033] 对于整流级，设三相输入相电压为
[0035] 把输入相电压的周期分成6个电压区间，如图4所示。每个区间具有相同的特点： 其中一相的电压绝对值为最大值，而另外两相电压极性相反。在每个区间内选择两个最大 且极性为正的线电压和零电压来合成输出的直流电压。以输入电压在第1区间为例，设整 流级的输出直流电压平均值为U d。，选择用来合成直流电压的两个线电压和零电压为uab、ua。 和U aa，这样保证了开关动作次数为最少。则有如下关系成立：
[0036] Udc= d y · uab+dz · uac+d0r · Uaa