[发明专利]输入电压不平衡时矩阵变换器的运行控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种输入电压不平衡时矩阵变换器的运行控制方法，属于矩阵变换器领域。

背景技术

矩阵式变换器是一种新型交-交变换器，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背靠背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图1所示。三相电源电压通过LC滤波器接到矩阵变换器的输入侧。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、电机负载或其它电压源型负载。控制器采集三相输入电压和三相输出电流，通过控制策略和调制算法的运算，产生变换器各功率开关所需的驱动信号。

在图1所示的矩阵变换器系统中，负载一般为三相平衡负载，输出电压和电流一般为三相正弦平衡的交流电，此时负载吸收的有功功率保持为常值。而矩阵变换器的电源一般为公用电网，受电力系统中其它不对称负载的影响，输入三相电压一般不平衡。矩阵变换器不包含储能元件，在实际中常采用恒定功率控制策略，以抑制输入电压不平衡对输出性能的影响。

在传统的恒定功率控制策略中，输入电流矢量的相角设定为输入电压矢量的相角，从而使得输入侧功率因数始终保持为1。在这种控制方式下，输入电流的αβ分量i_iα和i_iβ为：

其中P_i^*为输入侧有功功率给定值，由负载决定；为输入侧无功功率给定值，在传统控制方式下u_iα和u_iβ为输入电压的αβ分量，不失一般性，可将它们的表达式写为：

其中A为u_iα的幅值；B为u_iβ的幅值；ω_i为输入电压角频率；t为时间；为uiα与u_iβ之间的相角差。在输入电压不平衡时，A≠B，

论文“矩阵变换器输入电压不平衡时输入电流谐波含量的降低”，IEEE工业电子会刊，卷：45，期：3，页码：401-410，1998年6月(Reduction of the input current harmonic content in matrix converters under input output unbalance,IEEE Trans.Ind.Electron.,vol.45,no.3,pp.401–410,Jun.1998)，已经证明：在输入电压不平衡时，传统控制策略会导致输入电流严重畸变，波形质量较差。设ω_i＝300π、A＝1.0pu、B＝0.9pu、P_i^*＝1.0pu和(其中pu表示标幺值)，由式(1)产生的输入电流i_iα和i_iβ波形如图2(a)所示，谐波分析结果分别如图2(b)和图2(c)所示。由图可知，i_iα和i_iβ的波形畸变严重，均包含了大量的3、5、7……等奇数次谐波。

发明内容

本发明提出了一种输入电压不平衡时矩阵变换器的运行控制方法，以在输入电压不平衡时获得正弦的输入电流，提高输入电流的波形质量。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种输入电压不平衡时矩阵变换器的运行控制方法，包括如下步骤：

(1)采集三相输入电压u_iA、u_iB和u_iC，通过下式所述的三相静止坐标系到两相静止坐标系的坐标变换(Clarke坐标变换)计算出输入电压的αβ分量u_iα和u_iβ：

(2)采用滤波器N(s)对uiα的平方u_iβ的平方以及u_iα与u_iβ的乘积u_iα·u_iβ分别进行滤波处理，得到信号u₁、u₂和u₃，即

u₃＝N(s)u_iαu_iβ