[发明专利]一种用于矩阵变换器的控制方法及其装置

摘要

本发明属于矩阵变换器控制技术，为一种用于矩阵变换器的控制方法，通过把输入相电压划分为主区间和过渡区间、在过渡区间定义新的P、M、N状态和PM、NP、MN暂态以及在每个调制周期内选择特定的零矢量并调整双向功率开关状态组合顺序，实现矩阵变换器安全、可靠、快速换流和稳定运行。本发明还提供了实现该方法的装置，该装置包括触发驱动电路、过流保护电路、同步信号检测电路、电压区间划分单元、开关状态控制单元和换流控制单元。本发明基于过渡区间电压型两步换流策略，不需要外加专门的精确检测输入相电压相对大小关系的测量装置，解决了输入相电压在换区间时因测量不准确而出现的短路问题，且输出电压波形和输入电流波形不受影响。

主权项

1.一种用于矩阵变换器的控制方法，其步骤包括：①按照下述方式将每个输入相电压周期划分为6个主区间和6个过渡区间，确定在每个调制周期中输入相电压的区间；根据输入三相电压ua，ub，uc的相对大小关系，将每个输入相电压周期划分为下述6个主区间和6个过渡区间，其中过渡区间的宽度用时间表示：主区间I：ua＞uc＞ub，UP＝ua，UM＝uc，UN＝ub；主区间II：ua＞ub＞uc，UP＝ua，UM＝ub，UN＝uc；主区间III：ub＞ua＞uc，UP＝ub，UM＝ua，UN＝uc；主区间IV：ub＞uc＞ua，UP＝ub，UM＝uc，UN＝ua；主区间V：uc＞ub＞ua，UP＝uc，UM＝ub，UN＝ua；主区间VI：uc＞ua＞ub，UP＝uc，UM＝ua，UN＝ub；I-II过渡区间：UP＝ua，UM＝uc，UN＝ub；II-III过渡区间：UP＝ua，UM＝ub，UN＝uc；III-IV过渡区间：UP＝ub，UM＝ua，UN＝uc；IV-V过渡区间：UP＝ub，UM＝uc，UN＝ua；V-VI过渡区间：UP＝uc，UM＝ub，UN＝ua；VI-I过渡区间：UP＝uc，UM＝ua，UN＝ub；在II-III，IV-V和VI-I三个过渡区间中，UP与UM接近，记为UP≈UM 过渡区间，在其它三个过渡区间中，UM与UN接近，记为UM≈UN过渡区间；②根据空间矢量调制原理，确定每个调制周期内四种双向功率开关状态组合以及对应的时间常数Tαm，Tαn，Tβn，Tβm；③判断输入相电压是否位于上述主区间，如果输入相电压位于主区间，进入步骤④，否则转入步骤⑥；④根据减小开关损耗和共模电压的原则，在每个调制周期中选取零矢量以及安排双向功率开关状态组合次序；或者，根据使输出相换流次序统一、避免出现电压值接近的两输入相之间换流的原则，在每个调制周期中选择零矢量并调整其次序，得到过渡区间双向功率开关状态组合次序；⑤采用现有的电压型两步换流策略控制双向功率开关，之后转入步骤⑩；⑥根据使输出相换流次序统一、避免出现电压值接近的两输入相之间换流的原则，在每个调制周期中选择零矢量并调整其次序，得到过渡区间双向功率开关状态组合次序；⑦判断该过渡区间是否为UP≈UM过渡区间，如果是UP≈UM过渡区间，进入步骤⑧，否则是UM≈UN过渡区间，转入步骤⑨；⑧按照下述的过渡区间电压型两步换流策略控制双向功率开关，之后转入步骤⑩；P状态时，P相的2只半导体开关作为电流通道双向开通，M相的2只半导体开关全关断，N相的顺管作为辅助换流而开通；M状态时，P相的2只半导体开关全关断，M相的2只半导体开关作为电流通道双向开通，N相的顺管作为辅助换流而开通；N状态时，P相和M相的逆管作为辅助换流而开通，N相的2只半导体开关作为电流通道双向开通，与主区间N状态相同；MN状态时，P相的2只半导体开关全关断，M相的逆管和N相的顺管作为辅助换流而开通；NP状态时，M相的2只半导体开关全关断，P相的逆管和N相的顺管作为辅助换流而开通，与主区间NP状态相同；电压接近的P相与M相之间的换流过程不能通过一个暂态两步完成，故PM状态不存在；P相到N相换流时，先关断P相的顺管进入NP状态，然后同时开通M相和N相的逆管进入N状态；N相到P相换流时，先同时关断M相和N相的逆管进入NP状态，然后开通P相的顺管进入P状态；M相到N相换流时，先关断M相的顺管进入MN状态，然后同时开通P相和N相的逆管进入N状态；N相到M相换流时，先同时关断P相和N相的逆管进入MN状态，然后开通M相的顺管进入M状态；⑨按照下述过渡区间电压型两步换流策略控制双向功率开关：P状态时，P相的2只半导体开关作为电流通道双向开通，M相和N相的顺管作为辅助换流而开通，与主区间P状态相同；M状态时，P相的逆管作为辅助换流而开通，M相的2只半导体开关作为电流通道双向开通，N相的2只半导体开关全关断；N状态时，P相的逆管作为辅助换流而开通，M相的2只半导体开关全关断，N相的2只半导体开关作为电流通道双向开通；PM状态时，P相的逆管和M相的顺管作为辅助换流而开通，N相的2只半导体开关全关断；NP状态时，M相的2只半导体开关全关断，P相的逆管和N相的顺管作为辅助换流而开通，与主区间NP状态相同；电压接近的M相与N相之间的换流过程不能通过一个暂态两步完成，故MN状态在不存；P相到M相换流时，先同时关断P相和N相的顺管进入PM状态，然后开通M相的逆管进入M状态；M相到P相换流时，先关断M相的逆管进入PM状态，然后同时开通P相和N相的顺管进入P状态；P相到N相换流时，先同时关断P相和M相的顺管进入NP状态，然后开通N相的逆管进入N状态；N相到P相换流时，先关断N相的逆管进入NP状态，然后同时开通P相和M相的顺管进入P状态；步骤⑧和⑨中，顺管是指提供正向电流通道的半导体开关，逆管是指提供负向电流通道的半导体开关；⑩等待下一个调制周期，返回步骤②，直至工作结束。