基于对称分量法的高频链三相四桥臂矩阵变换器的控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及功率变换器调制策略和控制方法，特别涉及对称分量法在高频链三相 四桥臂矩阵式变换器控制中的实现，属于电力电子功率变换器调制及控制领域。
【背景技术】
[0002] 三相逆变技术是逆变装置的关键技术，在实际情况中，系统的负载大多为不对称 负载或非线性负载，现在三相逆变面临的关键技术在于解决三相逆变器带不平衡负载的能 力。三相四桥臂拓扑结构可以方便地实现具有调压功能的三相四线输出，并且具有较高的 直流利用率，但是通常采用逆变器输出加一级工频变压器来实现电气隔离和调整电压比， 工频变压器和输出滤波器体积大、笨重，对于输入电压及负载的波动，系统的动态响应特性 差。
[0003] 高频链三相四桥臂矩阵变换器的变换过程有DC/HFAC/LFAC三种功率特征，其中， HFAC:高频交流，LFAC:低频交流。矩阵变换器与传统变换器相比，没有中间储能环节，采用 双向开关，可以实现能量的双向流动，结构紧凑、体积小、效率高，且输出电压幅值和频率可 以独立控制，同时高频链三相四桥臂矩阵变换器又可以实现带不平衡负载的特性。
[0004] 对普通三相四桥臂带不平衡负载的控制方法有很多种，包括有重复控制、滑膜变 结构控制、模糊控制、滞环控制、对称分量法等。其中，对称分量法是对于各种不平衡负载 (线性不平衡负载和非线性负载）具有较好的控制性能的一种方法，如：抗扰动能力强、输 出波形稳定、谐波小、正弦度好，而且应用广泛。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于：（1)解决公知的三相逆变器带不平衡负载的能力；（2)解决工 频变压器体积大、笨重以及系统的动态响应特性差的问题；（3)解决高频链三相四桥臂矩 阵变换器闭环控制中抗扰动能力不强、输出波形相对不稳定以及谐波大等问题。针对以上 问题，提出了基于对称分量法的高频链三相四桥臂矩阵变换器的闭环控制方法。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案包括：被控对象高频链三相四桥 臂矩阵变换器；闭环控制所采用的对称分量法。对称分量法就是引入正序、负序、零序的概 念，分析在系统的电压、电流不对称时，把三相的不对称矢量分解成对称的正序、负序及零 序的分量，以便对系统进行控制。不论何种形式的三相系统，都能唯一的分解成上述三个分 量之和的形式。对于理想的三相对称系统，负序和零序分量都为零，这就是我们常说的正常 状态下只有正序分量的原因。当三相系统不对称时，就能分解出负序和零序分量，且各序的 三相幅值均相等。
[0007] 所述基于对称分量法的高频链三相四桥臂矩阵变换器的控制方法包括以下步 骤：
[0008] (1)高频链三相四桥臂矩阵变换器带不平衡负载时，设提取的输出三相不对称的 电压矢量VA、vB、Vc或电流矢量i A、iB、i。，经过对称分量法把这三相不对称的矢量分解成正 序分量、负序分量和零序矢量，设正序分量为vAP、vBP、￥。[)或i AP、iBP、i^p，负序分量为vAN、vBN、 v CN或 i 、iBN、iGN，零序分里为 vAQ、vBQ、vGQ或 i AQ、iBQ、ic。；
[0009] (2)电压正序分量、负序分量和零序分量分别经过三相静止坐标系到两相旋转坐 标系变换后，变成了两相直流量，设电压电流正序分量变换后为vdP、Vqp和idP、iqP，电压电流 负序分量变换后为"、^和i_、isN，电压电流负序分量变换后为Vrt、"和irt、isQ;
[0010] (3)在旋转坐标系下生成调制信号包含以下几个过程：
[0011] (3. 1)将期望的正序分量电压v/和正序电压分量Vdp进行比较，得到电压误差 A vdP，误差A Vdp通过电压外环PI调节器调节后得到期望的正序分量电流i /，电压外环PI
【主权项】
1.基于对称分量法的高频链=相四桥臂矩阵变换器的控制方法，其特征在于包括w下 步骤： (1) 高频链=相四桥臂矩阵变换器带不平衡负载时，设提取的输出=相不对称的电压 矢量Va、Vc、V。或电流矢量i A、ic、ic，经过对称分量法把该S相不对称的矢量分解成正序分 量、负序分量和零序矢量，设正序分量为VAp、VI5p、Vep或iAP、iep、iep，负序分量为VM、VeM、VeM或 Ian、Ibn、Ign,零序分里为 Va。、Vb。、V。。或 i A。、Ib。、ico; (2) 电压正序分量、负序分量和零序分量分别经过=相静止坐标系到两相旋转坐标系 变换后，变成了两相直流量，设电压电流正序分量变换后为Vdp、Vqp和i dp、iqp，电压电流负序 分量变换后为VfW、v,w和i tM、isM，电压电流负序分量变换后为Vf。、V,。和i t。、i,。； (3) 在旋转坐标系下生成调制信号包含W下几个过程： (3.1) 将期望的正序分量电压Vd/和正序电压分量VdP进行比较，得到电压误差AvdP， 误差A Vdp通过电压外环PI调节器调节后得到期望的正序分量电流i dP%电压外环PI调节 器设为：手K内S，将期望的正序分量电流id巧日正序电流分量i d进行比较，得到电流误差 S A idp，电流误差A idp通过电流内环PI调节器调节后得到调制信号V dP，电流内环PI调节器 设为：^; 友 (3.2) 将期望的正序分量电压0和正序电压分量Vqp进行比较，得到电压误差AVqp，误 差A Vqp通过电压外环PI调节器调节后得到期望的正序分量电流i。/，将期望的正序分量电 流i。巧日正序电流分量i qP进行比较，得到电流误差A i gp，电流误差A igp通过电流内环PI 调节器调节后得到调制信号Vqp; (3.3) 将期望的负序分量电压0和负序电压分量VfW进行比较，得到电压误差Avw误 差A Vfw通过电压外环PI调节器调节后得到期望的负序分量电流if/，将期望的负序分量电 流if/和负序电流分量i tw进行比较，得到电流误差A i W电流误差A ifw通过电流内环PI 调节器调节后得到调制信号VfW; (3.4) 将期望的负序分量电压0和负序电压分量v,w进行比较，得到电压误差Av,w，误 差A 通过电压外环PI调节器调节后得到期望的负序分量电流i s/，将期望的负序分量电 流C和负序电流分量i ,逊行比较，得到电流误差A i ,w，电流误差A i,遇过电流内环PI 调节器调节后得到调制信号 (3.5) 将期望的零序分量电压0和零序电压分量Vf。进行比较，得到电压误差AVf。，误 差A Vf。通过电压外环PI调节器调节后得到期望的零序分量电流if。％将期望的零序分量电 流ifc；和零序电流分量i t。进行比较，得到电流误差A i t。，电流误差A if。通过电流内环PI 调节器调节后得到调制信号Vf。； (3.6) 将期望的零序分量电压0和零序电压分量V,。进行比较，得到电压误差Av,。，误 差A V,。通过电压外环PI调节器调节后得到期望的零序分量电流i 将期望的零序分量电 流C和零序电流分量i 行比较，得到电流误差A i ,。，电流误差A i,。通过电流内环PI 调节器调节后得到调制信号V,。； (4) 将步骤（3)中直流正序分量VdP、VqP经过两相旋转坐标系到两相静止坐标系的变换 得到交流正序分量VaP、Vpp，直流负序分量Vfw、V,w经过两相旋转坐标系到两相静止坐标系 的变换得到交流负序分量V。,、Vm，直流零序分量Vf。、V,。经过两相旋转坐标系到两相静止 坐标系的变换得到交流零序分量V。D、Vp D; (5) 将步骤（4)中交流正序分量、交流负序分量W及交流零序分量经过矢量计算得到 两相静止坐标系下的调制信号V。和V P，即；Va= V ap+Vaw+V。。，Vp= V pp+V"+VpD; (6) 将步骤巧）中两相交流信号V。和Vp经过两相静止坐标系到=相静止坐标系的变 换得到S相交流调制信号Va、Vb和V。，S相交流调制信号分别与载波进行比较，产生控制普 通=相四桥臂开关SPWM脉冲，SPWM脉冲经过一体化调制策略逻辑变换变成控制高频链= 相四桥臂开关的驱动脉冲，控制双向开关的开通与关断。
【专利摘要】本发明公开了一种基于对称分量法的高频链三相四桥臂矩阵变换器的控制方法，本发明所采用的技术方案包括：被控对象高频链三相四桥臂矩阵变换器；闭环控制所采用的对称分量法。对称分量法就是引入正序、负序、零序的概念，分析在系统的电压、电流不对称时，把三相的不对称矢量分解成对称的正序、负序及零序的分量，以便对系统进行控制。实现系统的零稳态误差并且使系统抗扰动能力强、输出波形稳定、谐波小、正弦度好等优点。在新能源发电和电机调速等领域有广阔应用前景。
【IPC分类】H02M1-12, H02M7-5387
【公开号】CN104601031
【申请号】CN201510050101
【发明人】闫朝阳, 李瑞雪, 赵常明, 徐晓蒙, 李建霞, 杨振华, 刘安平
【申请人】闫朝阳, 秦皇岛燕大朝华电子科技有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月30日