[发明专利]不平衡负载下五相六桥臂双级矩阵变换器载波PWM控制策略

说明书

本发明公开了一种不平衡负载下五相六桥臂双级矩阵变换器载波PWM控制策略，其特点是：对整流级和逆变级五相桥臂采用空间矢量调制策略求取各开关状态的占空比，当控制负载中性点电压为相应的零序电压时，任意负载下均可使输出负载电压对称，进而根据零序电压求得逆变级中线，即N相桥臂的占空比；将整流级和逆变级六相桥臂的占空比与载波相结合，计算出两级调制波；对整流级和逆变级采用同一个载波分别与两级调制波相比较所产生两级功率开关的驱动信号，对五相六桥臂双级矩阵变换器进行控制，使负载中性点的电压为相应的零序电压，从而使得输出负载电压为五相正弦对称电压。具有科学合理，适用性强，效果佳，算法简单等优点。

技术领域

本发明属于电力电子功率变换器控制领域，是一种不平衡负载下五相六桥臂双级矩阵变换器载波PWM控制策略，用于解决五相双级矩阵变换器带不平衡负载时输出负载电压不平衡的问题。

背景技术

随着电力电子变换器的快速发展，由多相(相数大于3)变换器供电的多相电机驱动系统，为实现大功率交流传动提供了新的途径，多相矩阵变换器也因此得到了广泛的研究。与传统的三相驱动系统相比，多相电机驱动系统具有许多优点，其中的容错特性可以提高系统的可靠性，即当多相电机的某一相或是某几相发生故障(相当于不平衡负载)而无法正常运行时，系统仍能以剩余的无故障相进行降额运行，且无需停机。另一方面，在实际应用中，矩阵变换器经常会遇到负载不平衡的情况。负载不平衡时将会导致负载电压不对称，不对称的负载电压不利于负载的正常运行，甚至会损坏负载。

现阶段对于多相输出的矩阵变换器带不平衡负载的相关研究相对较少。已有研究者提出了五相六桥臂单级矩阵变换器的拓扑结构，并对逆变级使用三维电压空间矢量调制方法，然而逆变级共有64个矢量，构成80个四面体，算法非常复杂。

近年来，载波PWM的方法在矩阵变换器中得到了广泛的应用，受到了研究者们的关注，已通过对三相双级矩阵变换器和五相双级矩阵变换器进行载波脉冲宽度调制，验证了载波PWM方法的有效性和可行性。

发明内容

本发明的目的是，提出一种科学合理，适用性强，效果佳，算法简单的不平衡负载下五相六桥臂双级矩阵变换器载波PWM控制策略。

实现发明目的采用的技术方案是，一种不平衡负载下五相六桥臂双级矩阵变换器载波PWM控制策略，其特征是，它包括：

1)整流级的三相桥臂的输入端与三相交流电源相连接，逆变级的前五相桥臂的输出端分别与五相负载相连接，逆变级的第六相桥臂的输出端与负载中性点N连接，因此将逆变级的第六相桥臂定义为N相桥臂；对整流级、逆变级的前五相桥臂采用空间矢量调制策略求取各开关状态的占空比，当控制负载中性点电压为相应的零序电压时，任意负载下均可使输出负载电压对称，进而根据零序电压求得逆变级N相桥臂的占空比；

2)将整流级和逆变级各桥臂的占空比与载波相结合，计算出两级调制波；

3)对整流级和逆变级采用同一个载波分别与两级调制波相比较所产生两级功率开关的驱动信号，对五相六桥臂双级矩阵变换器进行控制，使负载中性点电压为相应的零序电压，从而使得输出负载电压为五相正弦对称电压。

所述零序电压为：

其中，U_om为输出相电压幅值；θ_v为输出电压扇区角；M＝0.4；L＝0.8cos(π/5)；u_max为输出五相电压的最大值；η为同一方向上的中矢量与大矢量的相对比率，为了保证输出五相电压波形为正弦波，η应等于0.618。

逆变级N相桥臂的占空比函数为：

式中，u_pn为直流侧电压；

逆变级N相桥臂和整流级的组合占空比为：