[发明专利]一种双级式矩阵变换器低压下的共模电压抑制策略

说明书

本发明公开了一种双级式矩阵变换器低压下的共模电压抑制策略，基于新的双级式矩阵变换器拓扑，其拓扑结构是在传统双级式矩阵变换器的直流侧上、下母线各串联一个IGBT开关管；本发明采用新的双空间矢量调制策略，当逆变级零矢量作用期间时，关断直流侧开关管，当逆变级有效矢量作用期间，导通直流侧开关管，同时根据整流级扇区的奇偶性，将逆变级空间矢量组合分为两种，依据不同空间矢量组合重新划分逆变级扇区，在每个扇区内选择相邻的有效矢量和零矢量合成期望输出电压矢量。本发明的有益之处是相较于现有共模电压抑制策略，输入输出电流质量良好，在电压传输比从0～0.5区域内将负载侧共模电压进一步抑制到传统调制策略的0.371倍；整流级能够实现零换流，换流控制简单，提高了系统可靠性。

技术领域

本发明涉及电力电子变换器共模电压的抑制技术，具体涉及一种双级式矩阵变换器低压下的共模电压抑制策略。

背景技术

双级式矩阵变换器是一种新型交-交变换器，不仅具有传统矩阵变换器的输入输出电流正弦、能量可双向流动、无需直流储能元件、功率密度高、结构紧凑等优点，还具有整流级零电流换流，钳位电路控制简单等优点，非常具有发展潜力。在过去20多年间，引起了国内外众多学者的关注。

在电机驱动应用中，双级式矩阵变换器负载侧会产生共模电压，进而形成了轴电流，导致电机轴承损坏，降低电机的使用寿命，同时共模电压会在系统中产生共模电流，对装置的正常运行造成电磁干扰。

已有文献对双级式矩阵变换器的共模电压抑制展开相关研究，一类方法是避免逆变级直接使用零矢量参与期望电压矢量的合成来实现共模电压的抑制，如整流级有零矢量逆变级无零矢量的调制策略、逆变级使用两个方向相反的有效矢量代替零矢量等，这些方法在电压传输比0～0.5区域内能够将共模电压抑制到传统调制策略的0.577倍，但该类方法直接导致了整流级必须采用四步换流策略，控制较复杂，同时存在开关次数增加的弊端，增加了系统损耗，且输入输出电流谐波畸变率有所上升；另一类方法是改变整流级扇区分布位置，利用两个较小的线电压合成中间直流电压，逆变级采用两个有效矢量和一个零矢量合成期望电压矢量，在电压传输比0～0.5区域内能够将共模电压抑制到传统调制策略的0.577倍，同时由于逆变级存在零矢量，若逆变级采用七段式开关序列，则整流级可以实现零电流换流，但实际开关次数大大增加，若不采用七段式开关序列，则整流级必须采用四步换流策略。综上所述，已有抑制共模电压的调制策略在电压传输比0～0.5区域内共模电压抑制最低值为传统调制策略的0.577倍，或多或少存在整流级换流复杂、开关次数增加等弊端。

发明内容

本发明的目的是，保证输入输出电能质量的前提下，在电压传输比0～0.5区域内实现双级式矩阵变换器共模电压的抑制最大化，同时能够实现整流级零电流换流。

本发明所采用的技术方案为：

一种双级式矩阵变换器低压下的共模电压抑制策略，基于新的双级式矩阵变换器拓扑，采用新的双空间矢量调制策略来抑制共模电压。

双级式矩阵变换器的新拓扑由整流级、直流侧和逆变级三部分构成，整流级是六个双向开关单元组合而成的三相桥式电路，每个双向开关均由共射级的两个单向开关管串联而成，直流上、下母线上各串联一个单向开关管，上母线的开关管的集电极接整流级，发射极接逆变级，下母线的开关管的发射极接整流级，集电极接逆变级，逆变级是由六个单向开关管组合而成的三相桥式电路。

新的双空间矢量调制策略是保持整流级传统电流空间矢量调制不变，然后控制直流侧开关管的导通与关断，根据整流级不同扇区改变逆变级空间矢量调制，具体如下：

(1)逆变级采用七段式空间矢量调制策略，当逆变级零矢量作用期间时，关断直流侧开关管；当逆变级有效矢量作用期间，直流侧开关管导通；