[发明专利]有源三次谐波注入矩阵变换器输入电流波形优化拓扑结构

说明书

本发明公开一种有源三次谐波注入矩阵变换器输入电流波形优化拓扑结构，包括三相交流电源、输入滤波器、电压选择器IVS、母线滤波器、三次谐波注入电路、电流型逆变器CSI、三相交流负载、输出滤波电感；所述电压选择器包括整流级和三个双向开关，整流级包括全控型器件组成的三个桥臂，所述三次谐波注入电路包括全控型器件组成的y桥臂和一个谐波注入电流滤波电感Ly，所述拓扑结构在母线上设有母线滤波器。该拓扑结构能够有效抑制有源三次谐波注入矩阵变换器由于高频的母线电流与低频的谐波注入电感电流的切换导致的输入电流扇区切换畸变，改善输入电流波形。

技术领域

本发明涉及一种电能变换装置，特别涉及一种能够改善有源三次谐波注入矩阵变换器输入电流波形的拓扑结构。

背景技术

矩阵变换器(MC)是一种无需大容量储能元件的AC-AC功率变换器，具有体积小、重量轻、可靠性高、能量可双向流动和正弦化输入输出等优点，在世界范围内被广泛研究。双级式矩阵变换器是矩阵变换器的一种子类，具有箝位电路简单、换流控制策略容易实现等优点，但是存在输入功率因数角控制范围小，无功功率控制能力弱的局限性。在这样的背景下，基于有源三次谐波注入技术的新型矩阵变换器有源三次谐波注入矩阵变换器(H3IMC)被研究人员提出，如附图1所示。有源三次谐波注入矩阵变换器也无需大容量储能元件，因此继承了双级式矩阵变换器的大部分优点，但H3IMC包含的谐波注入电路也能够向输入电源中注入期望的无功功率，这使其在理论上突破了传统MC无功功率控制能力弱的局限性。

然而，附图1所示的拓扑结构输入电流在扇区切换处存在着畸变，仿真波形如图4所示。这是由于在扇区切换处，发生换流的两相，一相为母线电流，受逆变器影响而呈斩波状，另一相为谐波注入电路滤波电感电流，经过电感滤波因此主要为低频电流。这二者切换时，由于母线斩波电流在换流点处瞬时值不确定，与低频的电感电流之间的切换会产生电流突变，引起输入滤波器震荡，从而使输入电流畸变。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种能够改善有源三次谐波注入矩阵变换器输入电流波形的拓扑结构，能够有效抑制有源三次谐波注入矩阵变换器由于高频的母线电流与低频的谐波注入电感电流的切换导致的输入电流扇区切换畸变，改善输入电流波形。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

为了实现以上功能，本发明提供了一种有源三次谐波注入矩阵变换器改进拓扑结构，包括三相交流电源、输入滤波器、电压选择器IVS、母线滤波器、三次谐波注入电路、电流型逆变器CSI、三相交流负载、输出滤波电感；

电压选择器包括整流级和三个双向开关，整流级包括全控型器件组成的三个桥臂，三次谐波注入电路包括全控型器件组成的y桥臂和一个谐波注入电流滤波电感L_y；

三相交流电源通过输入滤波器接在电压选择器的三相输入端，电压选择器IVS的x、z两端通过母线滤波器接到电流型逆变器CSI的直流端p、n，y端通过三次谐波注入电路接到双向开关，三相交流负载通过输出滤波电感接到电流型逆变器CSI的三相交流输出端。

母线滤波器包括两个滤波电感L_x、L_z、两个阻尼电阻R_x、R_z和一个滤波电容C_pn。滤波电感L_x、L_z分别接在电压选择器IVS输出的x、z两端，并分别连接电流型逆变器CSI的直流侧p、n两端，阻尼电阻R_x、R_z并联在滤波电感L_x、L_z两端，滤波电容C_pn直接跨接在电流型逆变器CSI的直流侧p、n两端。

输入滤波器仅包括三个输入滤波电感，不包括输入滤波电容和阻尼电阻。