[发明专利]一种矩阵变换器滤波器参数优化方法

说明书

本发明公开了一种矩阵变换器滤波器参数优化方法，涉及矩阵变换器控制技术领域，包括根据输入侧LC滤波器约束条件和元件易购性，选择获得滤波电感和滤波电容的值；利用仿真分析获得无阻尼电阻情况下输入电流中谐振点附近的不同次谐波电流的实际含有率和基波电流幅值；由标准IEC6100‑3‑2获取谐振点附近主要谐波的电流含量上限，并计算获得抑制不同次谐波电流的阻尼电阻计算值；将此与常见电阻值系列表进行比对，获得阻尼电阻实际值；分析不同阻尼电阻实际值条件下矩阵变换器的输入性能获得最优输入性能下阻尼电阻实际值。本发明有效抑制了输入谐振点附近谐波电流的含量，兼顾了高频段谐波的衰减效果，降低了控制难度和系统成本，极大提高了输入侧稳定性。

技术领域

本发明涉及矩阵变换器控制技术领域，具体涉及一种矩阵变换器滤波器参数优化方法。

背景技术

矩阵变换器是一种直接交-交变换器，除了体积小、功率密度高、易于实现输入电流的正弦控制及功率因数调节方便等优点，在相同输出频率下，矩阵变换器系统中功率管节点温度较低，且输入侧滤波电感损耗小，整机效率较常规的交-直-交变换器高。矩阵变换器应用领域主要集中在三相交流电机驱动，包括了三相感应电机、正弦波永磁同步电机和无刷永磁同步电机等电机应用场合。

矩阵变换器输入侧安装有LC滤波器滤除开关频率附近的高频谐波用以提升输入与输出性能，因此，研究输入侧滤波器中参数的优化设计具有重要意义。

现有文献对输入滤波器的研究主要集中在对其参数设计方面。例如，文献1(夏益辉,张晓锋,乔鸣忠,等.矩阵变换器输入滤波器设计与研究[J].海军工程大学学报,2014,26(4):18-22.)基于输入滤波器参数以基波压降、输入功率因数及阻尼电阻的损耗等作为约束条件，提出了LC滤波器的设计方法，并详细说明了设计步骤。

文献2(王红红,胡彦奎,熊剑,等.矩阵变换器阻尼输入滤波器的优化设计[J].电气传动,2014,44(4):38-41.)提出一种输入滤波器的优化设计方法，该方法通过静态寻优，确定输入滤波器阻尼的最优值，但该方法中在滤波电容上并联一个阻尼电阻，相当与给系统额外增加了一个负载，这势必会极大的增加系统损耗，降低了利用率。

文献3(童诚.三相-三相双级矩阵变换器的研究与实现[D].合肥工业大学,2010:46-48.)提出了输入滤波器中的电感及电容参数选择方法，并对所设计的带阻尼的输入滤波器进行了仿真分析。

上述文献主要集中在滤波电感与电容参数的选择方法方面。由于LC滤波器是一个二阶系统，即使考虑电感的等效电阻，该滤波器仍然是一个近似无阻尼的二阶系统。前期研究表明，该系统容易受到变换器输入端电流或网侧电压以及系统动态切换过程中产生谐波的影响，输入侧容易引起谐振进而影响输入性能。

现有谐振抑制方法主要有虚拟阻尼法和被动阻尼法两大类，前者需要多个电压与电流传感器采集LC滤波器上的电压与电流瞬时值，通过提取高频谐波量至控制回路中实现谐振的抑制，该方法运算较复杂且对单片机等处理器单元的处理速度要求高等不足，导致了系统成本较高。后者采用价格低廉的电阻用以阻尼输入电流的谐振，具有对硬件性能要求低等优势。被动阻尼法中阻尼电阻对系统的性能至关重要，阻尼电阻取值过大，仍然可能会引起输入谐振，若阻尼电阻过小，阻尼电阻上的损耗会上升，同时高频段的抑制效果会下降，甚至会使系统中主要谐波含量超出国标规定的上限而限制了其应用。

发明内容

因此，为了克服上述缺陷，本发明实施例提供一种矩阵变换器滤波器参数优化方法。

为此，本发明实施例的一种矩阵变换器滤波器参数优化方法，包括以下步骤：

S1、根据矩阵变换器输入侧LC滤波器的约束条件，选择获得滤波电感L_f和滤波电容C_f的值，约束条件包括：截止频率f_c取值为开关频率f_s的1/10～1/5，且大于输入频率f_i的10倍，电容与电感器件的易购性；