[发明专利]适用于双级矩阵变换器整流级的混合式换流方法

说明书

技术领域

本发明属电力电子技术领域，涉及一种适用于双级矩阵变换器整流级的混合式换流方法。

背景技术

随着微电子技术和电力电子技术的迅猛发展，各种电力电子变换器在国民经济建设中得到了越来越广泛的应用，这些电力变换器大多采用含储能电容的不可控二极管整流，这种变换器的成熟推广，在带来可观效益的同时也带来了谐波污染、功率因数低、直流滤波电容寿命短等负面影响。因此，开发“绿色”变换器成为众多专家和学者研究的重点。

“绿色”变换器应该具有以下特点：具有正弦的输入输出特性；输入功率因数可控；输出电压幅值、频率调节范围宽广；能量传输可逆、可实现四象限运行。

双级矩阵变换器拓扑为三相AC-DC-AC两级变换结构，如图1所示，在理想条件下具有以下特点：优良的输入输出性能、能量传输可逆；无中间直流环节电容器和电感，结构紧凑、体积小、效率高；在多驱动系统中，直流侧可连接多个逆变级，降低系统成本；无需三相桥式整流器作为箝位保护电路，成本低，可靠性高。由上述优良特性知双级矩阵变换器是一种“节能环保型绿色”电力电子变换器。

双级矩阵变换器虽然性能优越，但至今仍停留在理论研究和实验样机阶段，主要原因之一是双级矩阵变换器采用双向开关，工作时必须同时满足输入侧不能短路和输出侧不能开路两个约束条件，需特殊换流模式：现有的换流方式为四步换流及零电流换流两种。四步换流策略实现复杂，控制难，整流级调制策略在每个扇区与相邻扇区切换的区域，调制生成的PWM脉冲较窄，脉冲宽度小于最小换流时间，于是不能提供足够的时间完成四步换流，四步换流失效，窄脉冲处换流失败则会导致任两相直通，从而损坏功率开关，系统可靠性不高，开关损耗大。零电流换流需整流级和逆变级同时协调，由于整流级是高频调制，整流级开关切换点全部利用零电流换流实现，即整流级开关在逆变级零矢量处切换，逆变级载波波峰或波谷对应零矢量，这就需要逆变级产生一个峰值时刻跟踪整流级开关切换点的动态变化三角载波，这给工程实现带来了困难，同时由于逆变级零矢量宽度有限，整流级宽脉冲处逆变级零矢量追踪覆盖存在较大困难，宽脉冲处零电流换流失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于双级矩阵变换器整流级的混合式换流方法，有效解决换流失效的问题，从而消除过电流/电压尖峰，提高系统可靠性。

本发明的技术方案是，一种适用于双级矩阵变换器整流级的混合式换流方法，整流级调制策略采用X型扇区划分方法，将一个周期分为6个扇区，再以每一扇区中幅值同极性两相电压相等处为界细分为2个扇区，共分为12扇区；判断调制生成的脉冲是否大于四步换流时间，如大于则为宽脉冲，否则为窄脉冲，宽脉冲处实施四步换流，窄脉冲处采用零电流换流。

本发明的特点还在于：

宽脉冲处四步换流包括三种情况：高电压桥臂换流到低电压桥臂，低电压桥臂换流到高电压桥臂，高低电压界限模糊区域。

高电压桥臂换流到低电压桥臂：换流开始前高压一相上桥臂的两个开关均被提供导通驱动脉冲，中压一相上桥臂的两个开关均被提供截止电压；第一步，开通中压上桥臂能量正向流动的开关；第二步，关断高压上桥臂能量正向流动的开关；第三步，开通中压上桥臂能量回流的开关，第四步，关断高压上桥臂能量回流的开关。

低电压桥臂换流到高电压桥臂时：换流开始前中压一相上桥臂的两个开关均被提供导通驱动脉冲，高压一相上桥臂的两个开关均被提供截止电压；第一步，开通高压上桥臂能量回流的开关，第二步，关断中压上桥臂能量回流的开关；第三步，开通高压上桥臂能量正向流动的开关，第四步，关断中压上桥臂能量正向流动的开关。

对高低电压界限模糊区域，强制一相桥臂开通，另一相桥臂关断。

窄脉冲处零电流换流方法为：追踪整流级开关切换点；根据整流级开关切换点，改变逆变级载波波峰位置，生成两种规则载波；根据整流级开关切换点，将逆变级调制波分为两段；改变后的载波与调制波生成修正后的零矢量；整流级开关在零矢量处切换。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明提出了一种双级矩阵变换器依据宽窄脉冲选择不同换流方式的混合式换流方法，宽脉冲下采用四步换流策略，窄脉冲处采用零电流协调换流，在不增加硬件成本下，不同宽窄脉冲下采用不同的换流方法，有效解决了换流失效的问题，消除过电流/电压尖峰，提高了系统可靠性。

2、本发明解决了窄脉冲太窄不能提供足够的时间完成四步换流，导致四步换流失效的问题，并消除了宽脉冲处逆变级零矢量作用时间有限不能完全追踪和覆盖整流级开关切换点，导致零点电流换流失效的难题。