[发明专利]一种矩阵变换器的最大无功控制能力实现方法

说明书

本发明公开一种矩阵变换器的最大无功控制能力实现方法，该方法以输入输出电压矢量定向，分别将参考输入电流和输出电流分解成有功分量和无功分量；用输入电压合成参考输出电压，该过程在所述电压定向方式下亦代表输出有功电流合成参考输入有功电流，用输出有功电流和无功电流分别合成参考输入无功电流，使输出电流直接参与到矩阵变换器调制算法中；最后选取不同的输入输出基本矢量形成两个对等控制过程的全部组合，比较每一组合的最大无功控制能力，选用具有最大无功控制能力的组合对矩阵变换器进行调制以实现其最大无功控制能力。本发明可实现矩阵变换器的最大无功控制能力，有利于突破矩阵变换器无功控制瓶颈，促进矩阵变换器的发展与应用。

技术领域

本发明涉及功率变换器领域，具体是一种矩阵变换器的最大无功控制能力实现方法。

背景技术

矩阵变换器是一种高功率密度直接交-交变换器，它采用双向开关进行能量传输，具备优良的输入输出特性，可直接实现交流电幅值、相位、频率等参数的变换。与传统交-直-交变换器或双PWM变换器相比，矩阵变换器输入功率因数高、满足四象限运行、无中间直流储能环节，能有效消除对电网谐波的污染，同时能以紧凑的电路结构获得优异的调速性能。

矩阵变换器正常运行时，一般都需要在其输入侧安装滤波电容，如图1所示。虽然该滤波电容的值不大，对整个系统的功率密度仅会产生较小的影响，但是该滤波电容却会产生一个正比于输入频率的容性无功功率，且该容性无功功率还会随负载变化而发生变化，促使电源功率因数严重恶化。为防止电源功率因数恶化，需要由矩阵变换器的输入无功控制对滤波电容产生的容性无功进行补偿。然而，由于矩阵变换器缺少母线储能元件，其输入无功控制和负载控制会直接耦合并产生交互影响，使矩阵变换器的最大无功控制能力和电压利用率相互制约，图2显示了不同调制算法和输出功率因数下矩阵变换器的输入无功控制能力与电压利用率的关系，从图中可以明显发现二者呈负相关。间接式SVM算法是目前最经典、应用也最广泛的调制算法，该算法基于最临近基本矢量合成的思路直接控制输入电流的相角、输出电压的幅值和相位，其原理如图3所示。现有调制算法大多都基于间接式SVM算法的特性，仅仅只用参考输出电压、输入电压和功率因数角求解矩阵变换器的调制矩阵，侧重于提高矩阵变换器电压利用率这一层面，对提高矩阵变换器输入无功控制能力这一层面考虑较少，因而导致矩阵变换器的最大无功控制能力难以实现。

实际上，矩阵变换器无法实现最大无功控制能力的根本原因是其输入无功控制和输出电压控制竞争性占用矩阵变换器调制时间，使矩阵变换器的最大无功控制能力和电压利用率相互制约。现有调制算法对矩阵变换器输入无功控制考虑较少，如果在求解矩阵变换器调制矩阵时充分考虑其输入无功控制和输出电压控制两方面因素，完全可以实现矩阵变换器的最大无功控制能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矩阵变换器的最大无功控制能力实现方法，该方法无需改变电路拓扑结构，不增加硬件成本，仅通过改进矩阵变换器的控制算法来实现其最大无功控制能力。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种矩阵变换器的最大无功控制能力实现方法，所述实现方法包括以下步骤：

S1:在矩阵变换器输入侧和输出侧均以电压矢量定向，对应将矩阵变换器参考输入电流i_i^*和输出电流i_o分别分解成有功分量和无功分量；

S2:根据S1所述电压矢量定向方式，用输入电压u_i合成参考输出电压u_o^*，亦代表输出有功电流i_od合成参考输入有功电流i_id^*，实现有功传递过程；