专利名称：矩阵变换器按电压型换流策略控制换流的方法
技术领域：
本发明涉及自动控制领域，特别是涉及一种用于矩阵变换器的按电压型换流策略 控制换流的方法。
背景技术：
矩阵变换器是一种具有优良的输入输出特性的新型交-交直接变换器。它无需大 容量的贮能元件；可使输入电流正弦，输入功率因数理论上可达士 1并可自由调节，且与负 载的功率因数无关；输出电压的频率和幅值可调，输出频率可高于或低于输入频率。特别是 其功率可双向流动，具有四象限运行能力。图1是典型的三相矩阵变换器拓扑结构图。三相矩阵变换器1由九个双向开关2 按3 X 3开关矩阵形式构成，通过控制九个双向开关2可以使输出相A、B、C与任意一个输入 相a、b、c直接连接。双向开关2 —般选用两个绝缘栅极双极晶体管(IGBT)通过“共发射 极”或“共集电极”方式组成。图3表示矩阵变换器的输出相A通过三组双向功率开关与输入三相a、b、c相连， 其中每组双向功率开关由两个IGBT通过“共发射极”组成。如果两个IGBT同时开通，可使 电流向两个方向流动。根据输入电流和输出电压的双空间矢量间接调制策略(space vectorindirect modulation strategy)，可以将矩阵变换器等效成虚拟的交-直-交变换器，其中的直流环 节是虚拟的，然后分别利用空间矢量调制技术实现虚拟整流和虚拟逆变，最后将两者综合， 得到所需的调制函数矩阵，实现一次变换。在矩阵变换过程中需要将输入相电压划分为6 个区间，即ISECT0R(输入电压区间)，如图2(a)所示。将输出线电压划分为6个区间，即 VSECT0R(输出电压区间)，如图2(b)所示。当矩阵变换器的输出相从一个输入相切换到另一输入相时，为了保证在换流过程 中输入相不短路以及输出相不开路，必须严格规定双向开关的换流步骤和时间。许多文献 提出了各种换流策略，但基本上都是基于输出电流方向或输入相电压大小来决定换流策略 的。不管采用电流型换流策略还是电压型换流策略，都存在需要精确检测出输出电流方向 或输入相电压相对大小的缺陷。因此，双向开关安全、可靠、快速的换流策略是矩阵变换器 实用化的关键技术之一。Jochen Mahlein 等人在 2002 年公开发表的论文“Matrix ConverterCommutation Strategies With and Without Explicit Input VoltagesSign Measurement，，( 一禾中不依 赖对输入电压精确测量的矩阵变换器换流策略)中针对空间矢量间接调制策略提出了一 种基于电压型换流策略的换序法。该方法通过对空间矢量间接调制策略在每个调制周期内 五种开关状态的次序进行调整，在每个电压区间ISECT0R内，选择绝对值最大的输入相做 零矢量(三个输出相A、B、C同时接到某个相同的输入相a、b或c上，输出线电压为零，这种 开关状态称之为零矢量)，并把零矢量插入到电压值较接近且会发生换流的两输入相之间， 成功避开了在电压值接近的两输入相之间发生直接换流，克服了电压型换流策略需精确检测输入电压的缺陷。基于换序法而调整五种开关状态次序的状态组合如表-1。表-1
输入电压区间输出电压区间(VSECT0R)(!SECTOR)123456TiabbabbbabbabbbabbaT2abaaabaabbaabaaaba1T0aaaaaaSidid,3,0.3.￡L3-diT3acaaacaaccaacaaacaT4accacccaccacccacca T1acaaacaaccaacaaacaT2accacccaccacccacca2T0CCCCCCCCCCCCCCCCCCT3bccbcccbccbcccbccb.T4bcbbbcbbcebbebbbcbTlbccbcccbccbcccbccbT2bcbbbcbbcebbebbbcb3T0bbbbbbbbbbbbbbbbbbT3babbbabbaabbabbbabT4baabaaabaabaaabaabT1babbbabbaabbabbbabT2baabaaabaabaaabaab4T0aaa3,3.3；0,0,0,aaaaaa3,0,3,T3caacaaacaacaaacaacT4cacccaccaaccacccacTlcaacaaacaacaaacaacT2cacccaccaaccacccac5T0CCCCCCCCCCCCCCCCCCT3cbcccbccbbccbcccbcT4ebbebbbcbbcbbbcbbcT1cbcccbccbbccbcccbcT2ebbebbbcbbcbbbcbbc6T0bbbbbbbbbbbbbbbbbbT3abbabbbabbabbbabbaT4abaaabaabbaabaaaba 表-1中Tl、T2, T0, T3和T4表示空间矢量间接调制策略在每个调整周期内五种开 关状态，三个一组的字母表示某一种开关状态的具体组合。第一个字母表示与矩阵变换器 的输出相A连接的输入相；第二个字母表示与矩阵变换器的输出相B连接的输入相；第三 个字母表示与矩阵变换器的输出相C连接的输入相。例如，开关状态alDb表示矩阵变换器 的输出相A与输入相a连接，输出相B和输出相C与输入相b连接。Tci表示零矢量开关状 态，共有三种零矢量aaa、bl3b和ccc，因为输出三相都连接到相同的输入相，三相输出线电 压都为零。从表-1中可知，每个输入电压区间ISECT0R的零矢量Ttl选择的输入相都是此 区间内绝对值最大的输入相。例如ISECT0R = 1时，绝对值最大的输入相是a相，零矢量Ttl 的开关状态为aaa，其它区间选择零矢量的原则也是如此。如果载波采用三角波，那么在一 个载波周期内，选择开关状态的次序是=T1 — T2 — Ttl — T3 — T4 — T4 — T3 — Ttl — T2 — T1,
4周而复始，图5(a)表示ISECOTRxVSECTOR = Ixl在连续两个周期内的换流状态，从图2 (a) 所知JSECT0R = 1时，电压值较接近的两相是b相和c相，从图5 (a)可知，b相和c相不会 发生直接换流，中间插入了零矢量aaa，b相和c相只能直接和a相发生换流。这样就成功 避免了电压值接近的输入相之间发生直接换流的可能。由于只调整开关状态的次序，矩阵 变换器的输入电流和输出电压的平均值在一个载波周期内保持不变。但是，基于表-1的控制策略存在以下缺点(1)为了避免电压值比较接近的两相 之间发生换流，在两者之间插入了零矢量Ttl，零矢量Ttl选择的是电压值最大的输入相，导致 输出相的共模电压最大；( 在每个ISECT0R里，总是有某输出相一直连接到电压值最大的 输入相。虽然总的开关次数减小，但是每个开关的开关频率是变化的，在开关频率低时，导 致电机的电磁噪声较大。( 由于零矢量Ttl的插入，直接换流的输入相之间的电压差比较 大，导致输出线电压的阶跃值总是最大，造成电机线圈输入端之间及矩阵变换器的双向开 关之间的微浪涌冲击电压最大。(4)在开关状态T1和T4时易出现小脉冲，小脉冲易引起换 流出错。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种矩阵变换器按电压型换流策略控制换流的 方法，能够降低输出相的共模电压，避免小脉冲可能导致的输入电压短路，减小电机的电磁噪声。为解决上述技术问题，本发明的矩阵变换器按电压型换流策略控制换流的方法 是在每个输入电压区间内，实时选择不同的零矢量及其对应的持续时间；当直接换流的 两输入相的幅值比较接近时，选择零矢量Ttl2，持续时间为td，否则不需选择零矢量Ttl2 ；其 中，td为双向开关的死区时间，零矢量Ttl2为三相输出直接连接到绝对值最大的输入相(与 表-1中零矢量Ttl状态相同)。本发明根据输入电压的检测值，选择最佳的零矢量组合及其持续时间，不仅避免 了电压值接近的两输入相发生直接换流，降低了检测输入相的精度要求，避免了小脉冲的 电压输出及可能导致的输入电压短路，尽可能的降低了共模电压的幅值，并且降低了电机 的电磁噪声。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图1是典型的三相矩阵变换器拓扑结构图；图2是电压区间划分图，其中，图2(a)是输入相电压的区间划分图，图2 (b)是输 出线电压的区间划分图；图3是输出相A通过功率开关与输入三相a、b、c的连接图；图4是选择零矢量ΤΜ、Ttl2或Ttl3的区域划分图；图5是表示载波为三角波的开关状态变化图。
具体实施例方式根据空间矢量间接调制策略原理，区间ISECT0R与VSECT0R共有36种组合，每种组合在每个调制周期内有五种开关状态，每种开关状态的持续时间可分别按公式(1)进行
权利要求
1.一种矩阵变换器按电压型换流策略控制换流的方法，其特征在于在每个输入电压 区间内，实时选择不同的零矢量及其对应的持续时间，当直接换流的两输入相的幅值比较 接近时，选择零矢量Ttl2，持续时间为td，否则不需选择零矢量Ttl2 ；其中，td为双向开关的死 区时间，零矢量Ttl2为三相输出直接连接到绝对值最大的输入相，三相输出为零的开关状 态。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于当输入电压区间不发生变化时，在三角波的最低点，当td > W时，选择零矢量Ttll，持续时间t01 = td ；在三角波的最高点，当td > t4+t4，时，选择零矢量Ttl3，持续时间t03 = td ；当输入电压区间发生变化时，当输入电压区间在三角波的最低点发生切换时，选择相邻两个零矢量Ttll，持续时间^ 都为td，当输入电压区间在三角波的最高点发生切换时，选择相邻两个零矢量Ttl3，持续时间、3 都为td ；其中，Ttll为三相输出直接连接到绝对值逐渐变小的输入相，三相输出为零的开关状态； Tc 为三相输出直接连接到绝对值逐渐变大的输入相，三相输出为零的开关状态A和ti’为 在三角波最低点相邻两个开关状态的持续时间；t4和t4’为在三角波最高点相邻两个开关 状态的持续时间。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于在每个输入电压区间内，当输入电压矢量在 输入电压区间的角度为0 π/6之间时，选择零矢量Ttl3 ；当输入电压矢量在输入电压 区间的角度θ sc为π/6 π/3之间时，选择零矢量TQ1。
全文摘要
本发明公开了一种矩阵变换器按电压型换流策略控制换流的方法，通过实时选择零矢量开关状态T01、T02和T03，改变其对应的持续时间t01、t02和t03，不仅避免了电压值接近的两输入相发生直接换流，降低了检测输入相的精度要求，而且避免了小脉冲电压的输出，尽可能地降低了共模电压的幅值，减小了电机的电磁噪声。
文档编号H02P21/00GK102064760SQ200910201818
公开日2011年5月18日 申请日期2009年11月18日 优先权日2009年11月18日
发明者刘玉兵 申请人:上海三菱电梯有限公司