[发明专利]具有容错拓扑结构的Z源双级式矩阵变换器及其控制方法

权利要求书

1.具有容错拓扑结构的Z源双级式矩阵变换器，包括：LC滤波器、整流级、Z源网络、逆变级，LC滤波器输入端接三相交流电源，LC滤波器输出端接整流级三相桥臂中点，Z源网络输入端口接在整流级三相桥臂两端，Z源网络输出端口接在逆变级三相桥臂两端，

其特征在于，整流级三相桥臂两端并联有替代整流级开路双向开关管工作的第四桥臂，第四桥臂由两个带有反并二极管的单向开关管串联组成，第四桥臂的中点接三相交流电源的中性点。

2.权利要求1所述Z源双级式矩阵变换器的控制方法，其特征在于，

当所述Z源双级式矩阵变换器整流级中的双向开关管断路时：重新划分整流级空间矢量扇区使得每个扇区包含唯一非零矢量以调整整流级容错控制策略；

当整流级期望矢量位于故障扇区时：调整逆变级直通矢量占空比进而调整逆变级控制策略。

3.根据权利要求2所述的Z源双级式矩阵变换器控制方法，其特征在于，重新划分整流级空间矢量扇区使得每个扇区包含唯一非零矢量以调整整流级容错控制策略，具体方法为：

将变换器正常工作时调制整流级的不含零矢量的输入电流空间矢量调制策略转换为不含零矢量的输入电压空间矢量调制策略；

将电压空间矢量扇区逆时针旋转三十度得到重新划分后的整流级空间矢量扇区；

调整整流级期望矢量所属扇区中用于调制的矢量的占空比。

4.根据权利要求2或3所述的Z源双级式矩阵变换器控制方法，其特征在于，当整流级期望矢量位于故障扇区时：调整逆变级直通矢量占空比进而调整逆变级控制策略，具体方法为：

依照非直通矢量时间作用内直流母线电压升高为该故障扇区内唯一非零矢量电压值K倍的原则调整故障扇区直通矢量占空比，K为升压后故障扇区非直通矢量时间作用内直流母线电压与该故障扇区内唯一非零矢量电压值的比率；

对逆变级直轴电压和交轴电压进行折算，由逆变级直轴电压和交轴电压折算值、非故障扇区内逆变级输入侧有效时间的电压平均值确定逆变级矢量调制的调制比；

由逆变级矢量调制的调制比以及期望矢量与扇区内唯一非零矢量的夹角确定逆变级调制矢量占空比。

5.根据权利要求4所述的Z源双级式矩阵变换器控制方法，其特征在于，对逆变级直轴电压和交轴电压进行折算的表达式为：

Ud*=UdRUq*=UqR,]]>

其中，U_d、U_q分别为直轴电压、交轴电压的给定值，分别为直轴电压、交轴电压的折算值，R为折算系数，B非故障扇区非直通矢量作用时间内逆变器输入侧直流母线电压与不含直通矢量时逆变器输入侧直流母线电压的比率，d_st^*为非故障扇区内直通矢量占空比。

6.根据权利要求4所述的Z源双级式矩阵变换器控制方法，其特征在于，所述非故障扇区内逆变级输入侧有效时间的电压平均值U_avg为：U_m为三相电源的线电压幅值。

7.根据权利要求4所述的Z源双级式矩阵变换器控制方法，其特征在于，综合实际的运行条件和器件的耐压值，妥善选取升压后故障扇区非直通矢量时间作用内直流母线电压与该故障扇区内唯一非零矢量电压值的比率K，K的取值为1至1.6之间的实数。