[发明专利]一种矩阵变换器载波频率调制方法、设备及存储介质

说明书

本发明公开了一种矩阵变换器载波频率调制方法、设备及存储介质，矩阵变换器系统包括网侧RLC滤波器及矩阵变换器；将矩阵变换器系统转化为单相等效电路；将网侧RLC滤波器电路视为单相等效电路中的二端口网络，建立二端口网络的传递函数；对传递函数进行线性化处理，得到二端口网络在平衡工作点附近的扰动方程组，并得到载波频率变化的可行域，由传递函数得到单相等效电路的网侧电流纹波的时域表达式，并进一步得到网侧电流纹波有效值与载波频率间的函数关系；给定网侧电流纹波限定值，由网侧电流纹波有效值与载波频率间的函数关系解析出下一周期载波频率值，完成载波频率调制。本发明降低谐波幅值，避免谐波能量聚集，利于抑制系统电磁干扰。

技术领域

本发明涉及一种矩阵变换器领域，特别涉及一种矩阵变换器载波频率调制方法、设备及存储介质。

背景技术

目前，矩阵变换器作为一种“全硅”型的AC/AC直接功率变换器，因电路结构中不含大容量电感或电容类储能元件，具有功率密度大、使用寿命长、动态响应快及能量可双向流动等优势，受到广泛关注。系统中传统结构的矩阵变换器称为直接矩阵变换器，由一个3×3的双向开关阵列组成；用双空间矢量法可将直接矩阵变换器调制过程视作一个具有电流源整流器(Current Source Rectifier,CSR)特性的虚拟整流级和一个具有电压源逆变器(Voltage Source Inverter,VSI)特性的虚拟逆变级构成的级联结构，将该方法转化为实际电路便可得到间接矩阵变换器，间接矩阵变换器整流级和逆变级电路间，不经过任何储能元件直接相连。直接矩阵变换器以间接矩阵变换器的电路结构决定了其输入/输出间能量可以直接进行交互，但也造成变换器任一侧的谐波、畸变等扰动会直接传递，影响另一侧的波形。根据建模方法的不同，现有改善矩阵变换器输入或输出侧波形质量方法可分为两类：1)基于离散模型的预测控制方法，2)基于连续平均模型的载波/空间矢量调制的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)方法。预测控制方法的是将网侧/负载电流、输入电压等同时作为预测控制器的优化目标，通过调节价值函数中对应的权重系数，在输入、输出侧波形质量需求上取得平衡。PWM方法主要集中在改进调节矢量选取方法或调制波共模分量、优化开关序列及载波形式等方面。

值得注意的是，与共模分量、开关序列、载波形式等可变参数一样，载波频率也是变频器调制的独立自由度之一，对载波频率进行调节并不会对其他自由度产生限制，这一重要特征却常被忽视。采用固定载波频率时，一方面由于变换器输出电流纹波在基波周期内分布不均匀，使得在纹波值小的区间内开关频率大于实际需求，造成不必要的开关损耗；另一方面，输出电流的谐波频谱在整倍数开关频率附近的频带内集中分布且幅值较高，谐波能量集中，会引起较大的电磁噪音、电磁干扰。

变开关频率技术为解决上述固定开关频率调制带来的问题，提供了可行方案。但由于矩阵变换器直流电流在不断变化，对输入输出纹波的解析计算较为复杂；同时网侧滤波器的参数对开关频率变化范围有严格要求，因此相较两电平逆变器等由恒压直流电源供电的变频器，在矩阵变换器上实现变开关频率策略难度更大。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种矩阵变换器载波频率调制方法、设备及存储介质。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种矩阵变换器系统载波频率调制方法，矩阵变换器系统包括网侧RLC滤波器及矩阵变换器；将矩阵变换器系统转化为单相等效电路；将网侧RLC滤波器电路视为单相等效电路中的二端口网络，建立二端口网络的传递函数；对传递函数进行线性化处理，得到二端口网络在平衡工作点附近的扰动方程组，并得到载波频率变化的可行域，由传递函数得到单相等效电路的网侧电流纹波的时域表达式，并进一步得到网侧电流纹波有效值与载波频率间的函数关系；给定网侧电流纹波限定值，由网侧电流纹波有效值与载波频率间的函数关系解析出下一周期载波频率值，完成载波频率调制。

进一步地，对传递函数进行线性化处理并得到载波频率变化的可行域的方法包括如下步骤：