可看成固定不变，而网侧电流幅值受三相-三相矩阵变换 器输出电流的影响，输出电流受输出电压的影响，输出电压受输出频率的影响，所以网侧电 流幅值受输出频率的影响，不固定、不可调，因此能改变网侧实际功率因数角的只有调节三 相-三相矩阵变换器设定的输入功率因数角，即调节设定的输入功率因数值才能达到改变 网侧功率因数的效果。
[0160] 为了使网侧功率因数为1，可令上式求网侧输入功率因数角Φ' =α-β等于0， 代入参数，可求得三相-三相矩阵变换器输入侧理论调节给定功率因数角，从而求得理论 调节给定功率因数值，使得网侧为单位功率因数。
【主权项】
1. 一种基于60°坐标系的间接空间矢量矩阵变换器的控制系统，包括与阻感负载（I) 相连的双向开关矩阵电路（2)、通过驱动电路（3)与双向开关矩阵电路（2)相连的控制电 路（4)及三相交流电源（5)，其特征在于：所述双向开关矩阵电路（2)由9个具有双向阻断 能力和自关断能力的功率器件组成，形成3*3的开关阵列，每一个输出相都由一个双向开 关与三相输入端分别相连，三相交流电源（5)通过带阻尼电阻输入滤波器（6)连接双向开 关矩阵电路（2)，带阻尼电阻输入滤波器（6)连接双向开关矩阵电路（2)构成三相-三相矩 阵变换器，双向开关矩阵电路（2)的两端连接箝位电路（7)，三相交流电源（5)与带阻尼电 阻输入滤波器（6)之间的母线通过输入相电压过零检测电路（8)连接控制电路（4)，双向开 关矩阵电路（2)与阻感负载（1)之间的母线通过负载电流极性检测电路（9)连接控制电路 ⑷。2. 如权利要求1所述的一种基于60°坐标系的间接空间矢量矩阵变换器的控制系统， 其特征在于：所述箝位电路（7)由接触器KM1、接触器KM2及接触器KM3构成，接触器KMl主 触点与三相-三相矩阵变换器、接触器KM3主触点串联后与接触器KM2并联，最后经热继电 器FR与作为负载电阻（1)的电动机M串联，控制电路（4)通过相互并联的中间继电器KAl 线圈、中间继电器KA2线圈、中间继电器KA3线圈与三相-三相矩阵变换器相连，中间继电 器KA2线圈与三相-三相矩阵变换器之间设有中间继电器KA3的常闭触点，中间继电器KA3 线圈与三相-三相矩阵变换器之间设有中间继电器KA2的常闭触点；所述双向开关矩阵电 路（2)由工频-变频启动停止开关电路和报警电路构成，所述工频-变频启动停止开关电 路中的接触器KMl线圈、接触器KM2线圈、接触器KM3线圈相互并联后与三相-三相矩阵变 换器相连，接触器KMl线圈的支路上依次串联有中间继电器KAl的常开触点、启动按钮SBl、 停止按钮SB2,接触器KM2线圈的支路上依次串联有接触器KM3常闭触点、中间继电器KA2 常开触点，接触器KM3线圈支路上依次串联有接触器KM2常闭触点、中间继电器KA3常开触 点；所述报警电路中的振铃HA、报警灯HL及中间继电器KAO线圈相互并联后依次经复位按 钮SB3和中间继电器KAO常开触点连接三相-三相矩阵变换器。3. 如权利要求1所述的一种基于60°坐标系的间接空间矢量矩阵变换器的控制系统， 其特征在于：所述双向开关为背靠背结构共发射极方式的双向开关。4. 如权利要求1所述的一种基于60°坐标系的间接空间矢量矩阵变换器的控制系统， 其特征在于：控制电路（4)和驱动电路（3)由单相电源（10)经驱动电源电路（11)进行供 电。5. 如权利要求1所述的一种基于60°坐标系的间接空间矢量矩阵变换器的控制系统， 其特征在于：输入相电压过零检测电路（8)和负载电流极性检测电路（9)分别通过信号调 理电路（12)连接控制电路（4)。6. 如权利要求1所述的一种基于60°坐标系的间接空间矢量矩阵变换器的控制系统， 其特征在于：所述控制电路（4)连接输出电压频率给定电路（13)。7. -种基于60°坐标系的间接空间矢量矩阵变换器的控制方法，其特征在于由以下 步骤构成： 步骤一、依靠双空间矢量调制技术SVPffM将三相-三相矩阵变换器等效成虚拟的 交-直-交结构，双空间矢量调制技术SVPffM分别通过虚拟整流侧VSR和虚拟逆变侧VSI 根据三相交流电源（5)的输入电压计算出虚拟的交-直-交结构中的虚拟直流侧电压和虚 拟直流侧电流， 在计算虚拟直流侧电压的过程中，对虚拟逆变侧VSR的输出线电压U。进行SVPffM调制 时，可令虚拟逆变侧VSI的供电直流侧电压Upn= Ud。，根据输出线电压空间矢量U。的定义：再结合公式：获得虚拟直流侧电压， 在计算虚拟整流侧电流的过程中，对虚拟整流侧VSR的输入相电流进行SVPffM调制时， 可令虚拟整流侧VSR产生的直流电流iP= I d。，根据输入相电压空间矢量Uiph的定义：再结合公式获得虚拟直流侧电流； 步骤二、利用计算出的虚拟直流侧电压Upn和虚拟直流侧电流I pn求出输出电压占空比 和输出电流占空比， 在某一时刻，输出线电压空间矢量由两个相邻的非零矢量Ua、Ufi和一个零矢量U。合 成，则各矢量作用时间根据正弦定理得：其中：da、de、4分别为电压矢量U。、Up、U。的占空比，电压调制系数，且为开关的导通时间，Θ sv为输出电压矢量与扇区起始位 置之间的夹角， 在某一时刻，输入相电流空间矢量由两个相邻的非零矢量Iu、Ιγ和一个零矢量IC合 成，则各矢量作用时间根据正弦定理得：其中：七、dY、d。。分别为电流矢量I p Ιγ、I。的占空比，m。为电流调制系数，且OSmc =I111ZK 1，T ^ Τγ、Τ。。为开关的导通时间，Θ s。为输入电流矢量与扇区起始位置之间的 夹角； 步骤三、利用输出电压占空比d a、d Ji、(Iidv和输出电流占空比d u、d γ、d。。计算出电压电流 联合占空比以及矢量作用时间，再根据30°坐标系在之前所分区间分配矢量及作用时间， 再引入三相不衡带来的误差，求出最后的矢量作用时间和矢量分配情况， 对虚拟整流侧VSR的占空比Clll、dY、d。。和虚拟逆变侧VSI的占空比d a、de、dQv进行整 合，按式（5)求出能够同时控制输出线电压和输出相电流的5个联合占空比，两者组合的开 关状态能够与每个综合占空比相对应，其中：1'。、1'1、1'2、1'3、1'4为矢量作用时间，(1。 11、(1{!11、(1。，、(1{!,、(1。为联合占空比，111为矩 阵变换器调制系数，m = mvm。，常令m。= 1，m = mv; 步骤四、根据最优开关次数的原则及最后的矢量作用时间和矢量分配情况，计算出双 向开关矩阵电路（2)中的开关管的开通与关断， 其中，按照最优化开关调制顺序进行如下调制： ⑴、输入电流、输出电压空间矢量调制扇区之和为偶数时，调制顺序为：⑵、输入电流、输出电压空间矢量调制扇区之和为奇数时，调制顺序为：(3)、零矢量的选择以开关转换次数最少为基准， 再根据四步换流策略来确定开关管的开通与关断时间，实现三相-三相矩阵变换器的 控制。8.如权利要求7所述的一种基于60°坐标系的间接空间矢量矩阵变换器的控制方法， 其特征在于：步骤四中所述四步换流策略是由三个三相/ 一相子变换器组合而成，以实现 每个子变换器中三个双向开关sl、s2、s3之间换流，假设电路处于si导通，s2和s3关断的 稳定状态，当双向开关工作到某一瞬间时，需将双向开关状态从si导通切换到s2导通，若 此时的输出负载电流为i>〇,则4个开关元件sip、sin、s2p、s2n的动作次序为： (1) 、关断双向开关si的反向开关sin ; (2) 、开通双向开关s2的正向开关s2p，若双向开关s2所接的电压高于开关si所接的 电压，则电流将自动换流到s2p中； (3) 、关断双向开关si的正向开关sip ; (4) 、开通双向开关s2的反向开关s2n。
【专利摘要】本发明的基于60°坐标系的间接空间矢量矩阵变换器的控制系统及控制方法，该控制系统为：双向开关矩阵电路由个具有双向阻断能力和自关断能力的功率器件组成，形成3*3的开关阵列，每一个输出相都由一个双向开关与三相输入端分别相连，三相交流电源通过带阻尼电阻输入滤波器连接双向开关矩阵电路；该控制方法为：一、计算出虚拟的交-直-交结构中的虚拟直流侧电压和虚拟直流侧电流，二、求输出电压占空比和输出电流占空比，三、求出矢量作用时间和矢量分配情况，四、求出开关管的开通与关断。本发明为一种稳定、高效、可靠的电力转换装置，具有输出调频调幅广、输入输出波形正弦化、控制自由度大、能量双向流动、动态响应快等优点。
【IPC分类】H02M1/12, H02P27/08, H02M5/458
【公开号】CN105356765
【申请号】CN201510903526
【发明人】高晗璎, 陈济
【申请人】哈尔滨理工大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年12月9日