[发明专利]基于数学构造的多模块矩阵变换器调制方法

摘要

本发明公开了一种基于数学构造的多模块矩阵变换器调制方法，对于三模块矩阵变换器MMMC‑I，为了最大化输入电压利用率，对低频调制矩阵的每一列分别叠加偏置量x,y,z，根据开关的物理约束条件，得到偏置量的取值范围；通过选取不同的偏置量可得到不同性能的调制方法；对于由N个MMMC‑I级联而成的多模块结构MMMC‑II，为获得较多的输出电压电平，各MMMC‑I的期望输出电压均相等，且开关状态采用循环移位的方法。基于数学构造的调制方法省去了以往调制策略中对扇区的计算，算法简单，易于理解和实现。而且，该调制策略的构造方法具有通用性，对其他电力电子变换器调制策略的提出有指导作用。

主权项

一种基于数学构造的多模块矩阵变换器调制方法，所述多模块矩阵变换器MMM‑II包括多绕组变压器、功率模块单元；所述多绕组变压器为普通变压器，各二次侧三相绕组分别为各功率模块单元提供独立电源，所述功率模块单元包括输入滤波电容和六组双向功率开关，实现三相‑单相直接交交变换，各个功率模块单元通过级联方式为负载提供幅值、频率及相位可调的三相对称电源，其特征在于：对于三模块矩阵变换器MMMC‑I，为了最大化输入电压利用率，对低频调制矩阵的每一列分别叠加偏置量x,y,z，根据开关的物理约束条件，得到偏置量的取值范围，选取不同的偏置量得到不同性能的调制方法，采用双边对称调制模式；对于由N个MMMC‑I级联而成的多模块结构MMMC‑II，各MMMC‑I的开关状态采用循环移位调制，输出幅值、频率、相位可调的三相对称电压；所述的MMMC‑I由三个功率模块单元组成，实现三相‑三相的交交变频；所述的MMMC‑I的低频调制矩阵的解是根据输入输出电压电流关系得到的，具体过程如下：(1)列写输入输出关系式假设变压器的漏感很小，近似认为滤波电容电压和网侧电压相等，则对于输入输出电压，取开关平均后，有如下关系：uANuBNuCN=NsNpdA1k-dA4kdA2k-dA5kdA3k-dA6kdB1k-dB4kdB2k-dB5kdB3k-dB6kdC1k-dC4kdC2k-dC5kdC3k-dC6k·uaubuc=NsNp·M·uaubuc]]>其中，uAN,uBN,uCN为MMMC‑I输出相电压，ua,ub,uc为网侧相电压，Ns/Np为变压器的变比，i＝A,B,C；j＝1,2…6；k＝1,2…N代表各双向开关的占空比，M为低频调制矩阵同理得，输入输出电流的关系为：i→s=NsNpMTi→L]]>其中上标T表示转置，分别为网侧输入电流矢量和负载侧电流矢量，即：根据输入端不能短路、输出端不能断路的要求及物理实现的限制，低频调制矩阵M需要满足以下约束条件：mi1+mi2+mi3=0-1≤mij≤1]]>(2)低频调制矩阵的求解上述输入输出电流电压的关系，看成经历了虚拟整流和虚拟逆变的过程，因此低频调制矩阵M的一组解描述为：其中，Mrec(ωi,φi),分别为虚拟整流级和虚拟逆变级调制矢量，表达式如下：Mrec(ωi,φi)=rarbrc=cos(ωit-φi)cos(ωit-φi-2π/3)cos(ωit-φi+2π/3)]]>其中，k为调制系数，根据调制矩阵的约束条件可知，0≤k≤1，ωi,ωo分别为输入输出电压角频率，φi为输入功率因数角，工作在单位功率因数下，即φi＝0，为输入与输出电压的初始相位角差；通过上述的调制矩阵及输入输出电压关系，得到k与输入电压峰值Uim及输出电压峰值Uom的关系为：k=23NpNsUomUim]]>定义电压传输比q为MMMC‑1输出相电压与变压器二次侧相电压峰值之比，则有：q=32kcosφi.]]>