[发明专利]基于载波PWM的Z源双级矩阵变换器调制方法

说明书

本发明是一种基于载波PWM的Z源双级矩阵变换器调制方法，其特点是，对于整流级，将输入相电压划分成六个扇区，在每个扇区内选择两个幅值最大且极性为正的线电压来合成输出的直流电压，并计算相应的占空比；对于逆变级，采用空间电压矢量调制，根据参考电压矢量所在扇区计算有效电压矢量及零电压矢量的占空比；对于Z源网络，将直通电压矢量正确合理地插入到逆变级零矢量中，提高了电压传输比。依据整个调制过程，画出功率开关PWM信号图，分别计算出整流级六组双向功率开关的调制信号和逆变级六组功率开关的调制信号，并与同一个三角载波信号比较，得到整流级双向功率开关的驱动信号和逆变级功率开关的驱动信号。其计算简单，易于实现。

技术领域

本发明属于交流-交流电能变换装置的技术领域，具体涉及一种基于载波PWM的Z源双级矩阵变换器调制方法。

背景技术

双级矩阵变换器作为一种AC-AC两级变换器，不仅使输入输出为良好的正弦波形，还具备能量的双向传递、可四象限运行、不需要大容量储能元件、输入功率因数可调且能近似达到1等优点。虽然优点众多，但它的电压传输比低，最大仅为0.866,并且输出性能易受非正常输入的影响，这严重限制了它的应用与推广。将Z源网络拓展到双级矩阵变换器中，提出Z源双级矩阵变换器。只增加无源元件，利用Z源网络独特的直通状态，在不增加功率开关的数量前提下，达到提高电压传输比的目的。并且由于Z源网络的存在，很大程度上抑制了非正常输入对输出性能的影响。

目前针对Z源双级矩阵变换器调制方法主要是空间矢量调制策略，包括整流级有零矢量的空间矢量调制和整流级无零矢量的空间矢量调制，以及在空间矢量的基础上提出的最大升压控制和混合最小应力控制。但应用空间矢量调制方法时，需要进行复杂的三角函数计算，过程复杂，不利于编程和硬件的实现。

发明内容

本发明的目的是，提出一种科学合理，适用性强，效果良好的基于载波PWM的Z源双级矩阵变换器调制方法，旨在解决现有的Z源双级矩阵变换器调制策略复杂的问题。

实现本发明目的采用的技术方案是，一种基于载波PWM的Z源双级矩阵变换器调制方法，包括整流级、逆变级和Z源网络，所述整流级是由六组双向功率开关组成的三相桥式整流电路，所述逆变级是由六组功率开关组成的三相逆变电路，所述Z源网络是由两个相同的电感和电容组成的X型网络，其特征在于：

对于所述的整流级，将输入相电压划分成六个扇区，在每个扇区内选择两个最大且极性为正的线电压来合成输出的直流电压，使输出中不含零电压，计算相应的占空比；

对于逆变级，在空间电压矢量调制的基础上插入直通矢量，直通矢量的引入为Z源逆变级提供了独特的升压功能；

对于Z源网络，存在两种工作模式：直通零电压状态和非直通零电压状态，然后依据整流级和逆变级的调制过程，画出开关调制顺序图，分别计算出整流级六组双向功率开关的调制信号和逆变级六组功率开关的调制信号，并与同一个三角载波信号比较，得到整流级双向功率开关的驱动信号和逆变级功率开关的驱动信号。

进一步，所述三角载波信号幅值从-U₁到U₁变化，其载波周期与调制周期相同。

进一步，所述的基于载波PWM的Z源双级矩阵变换器调制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)所述整流级的六组双向功率开关的调制信号分别为：

当u_w0时，

v_wp＝U₁；v_xp＝-U₁；v_yp＝-U₁

当u_w0时，