CN110867864A - 一种有源三次谐波注入矩阵变换器离网运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力电子变换技术领域，提供一种有源三次谐波注入矩阵变换器离网运行控制方法，包括：根据有源三次谐波注入矩阵变换器的第一输入信息，按照得到的整流控制规则，控制调节整流器输出；根据所述有源三次谐波注入矩阵变换器的输出电压参考，按照获取的三次谐波注入控制规则，控制得到三次谐波注入参考电流，获取调制信号，控制有源三次谐波注入矩阵变换器的输出电压。本发明提供了一种有源三次谐波注入矩阵变换器在离网运行情况下的控制方法，满足离网运行情况下维持不同负载情况下的负载电压的需求，对于保证所述有源三次谐波注入矩阵变换器在离网运行情况下的高效率和良好动态性能具备重要意义。

Description

一种有源三次谐波注入矩阵变换器离网运行控制方法

技术领域

本发明涉及电力技术变换技术领域，更具体地，涉及一种有源三次谐波注入矩阵变换器离网运行控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的飞速发展，其在新能源开发和节能降耗方面得到广泛应用，而作为核心的功率变换器也广泛应用于各种交-交变换场合。

在风力发电***、柴油发电***和微型燃气轮机发电等分布式发电场合，通常输入侧电源的电压幅值和频率是变化的，而输出要求为幅值和频率固定的三相电压。因此这类分布式电源不能直接与负载相连，必须通过合适的交-交功率变换器作为接口来连接电源和负载。

目前研究比较多的两种拓扑为电压型背靠背变换器和矩阵变换器。相对于前者，矩阵变换器作为一种“全半导体”变换器拓扑，由于不含笨重的储能环节和高可靠性而更具优势。但是仍存在整流级和逆变级调制上的同步导致窄脉冲、具有较高的开关损耗和EMI噪声等劣势。

与常规间接矩阵变换器相比，有源三次谐波注入矩阵变换器虽然开关数目有所增加，但却具备更多优势。例如在只需能量单向流动且负载功率因数较高的场合，前端的整流器可以用三相不可控二极管整流器代替，既降低了成本又提高了变换器的可靠性。另外，由于整流器中的开关可以用工频切换的半导体器件如可关断晶闸管((Gate Turn-OffThyristor,GTO)替代，可以进一步节约成本。

在一些特殊环境如偏远海岛和边防哨所等，分布式发电***通常运行在离网模式。不同于并网模式下的功率控制，离网模式下要求变换器为本地负载提供固定幅值和频率的电压，此时控制目标是维持恒定的输出电压。不同于常规间接矩阵变换器，由于工作原理上的差异，有源三次谐波注入矩阵变换器应用在上述场合时有其特殊性的一面，针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

因此，需要提出一种针对离网运行条件下的有源三次谐波注入矩阵变换器的控制方法。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术上的缺陷，提供一种有源三次谐波注入矩阵变换器在离网运行情况下的控制方法，满足离网运行情况下维持不同负载情况下的负载电压的需求，保证有源三次谐波注入矩阵变换器在离网运行情况下具有较高的效率和良好的动态性能。

为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明提供一种有源三次谐波注入矩阵变换器离网运行控制方法，包括：

根据有源三次谐波注入矩阵变换器的第一输入信息，按照得到的整流控制规则，控制调节器整流输出；

根据所述有源三次谐波注入矩阵变换器的输出电压，按照获取的三次谐波注入控制规则，控制得到三次谐波注入参考电流，获取调制信号，控制三次谐波注入电路输出。

其中，根据所述有源三次谐波注入矩阵变换器的输出电压，按照获取的三次谐波注入控制规则，控制得到三次谐波注入参考电流，获取调制信号，控制三次谐波注入电路输出具体包括：

采集三相电流型逆变器中各相的实际输出电容电压u_Fa、u_Fb、u_Fc；计算所述实际输出电容电压u_Fa、u_Fb、u_Fc的锁相角θ_l，根据所述锁相角确定所在扇区，从而控制三相逆变电路和三个双向开关S_a、S_b、S_c中各个开关管的导通和关断；对所述实际输出电容电压u_Fa、u_Fb、u_Fc进行dq变换得到实际值u_cd、u_cq输出；根据输出电容电压参考值u_cd*、u_cq*，计算与所述实际值u_cd、u_cq的差值Δu_cd、Δu_cq；对所述差值Δu_cd、Δu_cq PI调节后分别得到输出参考功率P*和无功参考电流i_rq*；采集三次谐波注入电流实际值i_y，并根据所述实际输出电容电压u_Fa、u_Fb、u_Fc的锁相角θ_l，所述输出参考功率P*，以及所述无功参考电流i_rq*计算三次谐波注入电流参考值i_y*；根据所述电流参考值i_y*与所述三次谐波注入电流实际值i_y之间的差值Δi_y经控制器运算生成开关指令，以调节开关管S_y+的占空比。

其中，根据所述有源三次谐波注入矩阵变换器的第一输入信息，按照得到的整流控制规则，控制调节器整流输出具体包括：

采集三相电压型整流器中各相实际输入电流i_r、i_s、i_t和各相实际输入电压u_rg、u_sg、u_tg；对所述三相电压型整流器中各相实际输入电压u_rg、u_sg、u_tg进行dq变换得到输入电压实际值u_gd，并通过所述输出参考功率P*与所述实际值u_gd计算得到输入电流参考值i_gd*；对所述三相电压型整流器中各相实际输入电流i_r、i_s、i_t进行dq变换得到输入电流实际值i_gd，并计算与所述输入电流参考值i_gd*的差值Δi_gd；对所述差值Δi_gd PI调节后再进行dq反变换得到每相电路电压的变化量，根据所述每相电路电压的变化量生成调节所述三相电压型整流器中开关管S_r+、S_s+、S_t+占空比的开关指令。

其中，所述计算所述实际输出电容电压u_Fa、u_Fb、u_Fc的锁相角θ_l，根据所述锁相角确定所在扇区，从而控制三相逆变电路和三个双向开关S_a、S_b、S_c中各个开关管的导通和关断的步骤中，通过以下方法确定所在扇区包括：

u_a>u_b>u_c的区间设定为扇区I；

u_b>u_a>u_c的区间设定为扇区II；

u_b>u_c>u_a的区间设定为扇区III；

u_c>u_b>u_a的区间设定为扇区IV；

u_c>u_a>u_b的区间设定为扇区V；

u_a>u_c>u_b的区间设定为扇区VI；

以及每个开关管的控制方法包括：

每个扇区中任意时刻上桥臂的开关管S_a+、S_b+、S_c+中对应输入电压瞬时值最大的那个开关，以及下桥臂的开关管S_a-、S_b-、S_c-中对应输入电压瞬时值最小的那个开关一直导通，剩下的开关管一直关断；三次谐波注入电路的三个双向开关中将电压瞬时值绝对值最小的相对应的双向开关导通，其他双向开关关断，向该相注入三次谐波电流。

其中，所述三次谐波注入控制规则对应关系的设置准则包括：不发生输入短路、只导通一个双向开关以及与三相输出电压瞬时绝对值最小的那一相连接的双向开关导通。

其中，所述三相电流型逆变器中各相的实际输出电容电压u_Fa、u_Fb、u_Fc的获取方式包括：通过实时采样三相电压获得。

其中，所述三相电压型整流器中各项实际输入电流i_r、i_s、i_t的获取方式包括：通过实时采样三相输入电流获得。

本发明提供了一种有源三次谐波注入矩阵变换器在离网运行情况下的控制方法，满足离网运行情况下维持不同负载情况下的负载电压的需求，保证有源三次谐波注入矩阵变换器在离网运行情况下具有较高的效率和良好的动态性能。

本发明与现有技术相比，本发明提供了一种有源三次谐波注入矩阵变换器离网运行控制方法，满足离网运行情况下维持不同负载情况下的负载电压的需求，对于保证所述有源三次谐波注入矩阵变换器在离网运行情况下的高效率和良好动态性能具备重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明一个实施例中一种有源三次谐波注入矩阵变换器在离网运行模式的控制方法构成示意图；

图2为根据本发明一个实施例中一种有源三次谐波注入矩阵变换器在离网运行模式的拓扑结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例中一种有源三次谐波注入矩阵变换器离网运行模式下的控制框图；

图4为根据本发明一个实施例中一种有源三次谐波注入矩阵变换器运行在离网模式下的稳态波形；

图5为根据本发明一个实施例中一种有源三次谐波注入矩阵变换器运行在离网模式下的动态波形。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

作为本发明的一个实施例，本实施例提供一种有源三次谐波注入矩阵变换器离网运行控制方法，参考图1，为本发明实施例一种有源三次谐波注入矩阵变换器的控制方法构成示意图，包括：S1，根据有源三次谐波注入矩阵变换器的第一输入信息，按照得到的整流控制规则，控制调节器整流输出；S2，根据所述有源三次谐波注入矩阵变换器的输出电压，按照获取的三次谐波注入控制规则，控制得到三次谐波注入参考电流，获取调制信号，控制三次谐波注入电路输出。

具体而言，参考图2，为本发明实施例一种有源三次谐波注入矩阵变换器在离网运行模式的拓扑结构示意图，包括：前级三相整流电路1、中间级三次谐波注入电路2和后级逆变电路3。图中，输入电源4经滤波电感L_g与前级三相整流电路1相连，后级逆变电路3经滤波电容C_F与负载R相连。输入电源4的三相输出电压瞬时值分别为u_rg、u_sg、u_tg，输入电源4可以为220V市电电网。

其中，滤波电感L_g串接在输入电源4的三相输出与前级三相整流电路1的三相输入之间，即滤波电感L_g一端分别与输入电源4的三相输出端连接，另一端分别与前级三相整流电路1的输入端相连；滤波电容C_F一端分别与后级三相逆变电路3的输出端相连，另一端并联在一起。

同时，前级三相整流电路1的输出端与中间级三次谐波注入电路2的输入端并联，中间级三次谐波注入电路2的输出端连接后级三相逆变电路3的输入端。经滤波电感L_g滤波后的输入交流电通过前级三相整流电路1的整流作用，输出直流电，通过中间级三次谐波注入电路2的补偿作用，输出到后级逆变电路3，后经后级逆变电路3的逆变作用输出交流电，维持负载电压。

其中，根据上述实施例，图2中前级三相整流电路1包括上桥臂3个开关S_r+、S_s+、S_t+以及下桥臂3个开关S_r-、S_s-、S_t-，上桥臂开关S_r+、S_s+、S_t+的D极与直流母线正极相连，S极分别与下桥臂3个开关S_r-、S_s-、S_t-的D极相连。下桥臂3个开关S_r-、S_s-和S_t-的S极与直流母线负极相连。

其中，根据上述实施例，图2中中间级三次谐波注入电路2包括一个半桥桥臂以及三个双向开关S_ay、S_ya、S_by、S_yb和S_cy、S_yc。其中半桥桥臂包括两个IGBT开关管S_y+和S_y-，以及一个三次谐波注入电感L_y。IGBT开关管S_y+的S极和S_y-的D极相连接，S_y+的D极与直流母线正极相连，S_y-的S极与直流母线负极相连。

三次谐波注入电感L_y的一端与S_y+的S极和S_y-的D极相连后的中点相连接，另一端与三个双向开关S_ay、S_ya、S_by、S_yb和S_cy、S_yc中S_ay、S_by和S_cy的D极连接于同一点；三个双向开关S_ay、S_ya、S_by、S_yb和S_cy、S_yc中S_ya、S_yb和S_yc的D极分别与后级三相逆变电路3的上桥臂开关S_a+、S_b+和S_c+的S极连接。

半桥桥臂两个开关管S_y+和S_y-互补工作，通过其高频脉宽调制控制三次谐波注入电感L_y的电流跟踪三次谐波注入电流参考值。三个双向开关S_ay、S_ya、S_by、S_yb和S_cy、S_yc通过合适的开关切换选择将准三次谐波注入到a、b和c中某一相，其切换原则包括：三个双向开关S_ay、S_ya、S_by、S_yb和S_cy、S_yc始终只有一组可以导通，其他两组关断；导通条件是与后级三相逆变电路3三相输出电压中瞬时绝对值最小的那一相连接的开关导通，此时该相被注入准三次谐波电流，其余两相则没有。

通过控制中间级三次谐波注入电路2中两个开关管S_y+和S_y-，以及三个双向开关S_ay、S_ya、S_by、S_yb和S_cy、S_yc的通断及占空比，控制三次谐波注入电流。

其中，根据上述实施例，图2中后级三相逆变电路3包括上桥臂3个开关S_a+、S_b+、S_c+以及下桥臂3个开关S_a-、S_b-、S_c-，上桥臂开关S_a+、S_b+、S_c+的D极与直流母线正极相连，S极分别与下桥臂3个开关S_a-、S_b-、S_c-的D极相连。下桥臂3个开关S_a-、S_b-、S_c-的S极与直流母线负极相连。

具体而言，参考图3，为本发明实施例一种有源三次谐波注入矩阵变换器离网运行模式下的控制框图。图中对前级三相整流电路1和中间级三次谐波注入电路2进行控制。

其中，对中间级三次谐波注入电路2的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：采集后级三相逆变电路3工作过程中的数据，包括后级三相逆变电路3的各相实际输出电容电压u_Fa、u_Fb、u_Fc。

步骤2：对采集到的实际输出电容电压u_Fa、u_Fb、u_Fc经锁相环(PLL)进行锁相，得到所述实际输出电容电压u_Fa、u_Fb、u_Fc的锁相角θ_l，根据所述锁相角确定所在扇区，从而控制三个双向开关S_ay、S_ya、S_by、S_yb和S_cy、S_yc中各个开关管的导通和关断；

步骤3：根据三相期望输出电压以及负载计算得出后级三相逆变电路3输出电压的参考值。三相期望输出电压为：

其中U_om是期望输出电压的幅值，ω₀是期望输出电压的角频率，φ_u是期望输出电压的功率因数角。

步骤4：根据步骤1得到的三相实际输出电容电压和步骤2得到的锁相角θ_l通过dq变换得到实际值u_cd、u_cq输出；根据步骤3得到的三相参考输出电容电压通过dq变换得到的参考值u_cd*、u_cq*，与所述实际值u_cd、u_cq做差值得到Δu_cd、Δu_cq。

步骤5：对所述差值Δu_cd、Δu_cq PI调节后分别得到输出参考功率P*和无功参考电流i_rq*，也是无功电流I_qm。

步骤6：采集中间级三次谐波注入电路2的三次谐波注入电流实际值i_y，并根据所述实际输出电容电压u_Fa、u_Fb、u_Fc，所述输出参考功率P*，以及所述无功电流I_qm计算三次谐波注入电流参考值i_y*。

其中，三次谐波注入电流参考值i_y*的计算公式为：

步骤7：根据步骤6得到的电流参考值i_y*与所述三次谐波注入电流实际值i_y之间的差值Δi_y对开关管S_y+的占空比进行PI调节，得到开关管S_y+的动态占空比；并且，在三次谐波注入电流控制器的参考值中叠加前馈项k；其中：

u_max＝max{u_Fa,u_Fb,u_Fc}，u_mid＝mid{u_Fa,u_Fb,u_Fc}，u_min＝min{u_Fa,u_Fb,u_Fc}，

最后生成开关指令，调节开关管S_y+的占空比。

其中，对前级三相整流电路1的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：采集前级三相整流电路1工作过程中的数据，包括前级三相整流电路1的各相实际输入电流i_r、i_s、i_t和各相实际输入电压u_rg、u_sg、u_tg。

步骤2：对采集到的实际输入电压u_rg、u_sg、u_tg经锁相环(PLL)进行锁相，得到所述实际输入电压u_rg、u_sg、u_tg的锁相角θ_g，对所述实际输入电压u_rg、u_sg、u_tg进行dq变换得到输入电压实际值u_gd，并对所述三相整流电路1中各项实际输入电流i_r、i_s、i_t进行dq变换得到输入电流实际值i_gd。

步骤3：根据所述得到的输入电压实际值u_gd与所述输出参考功率P*得到输入电流参考值i_gd*，并与输入电流实际值i_gd比较，计算差值Δi_gd；

其中，输入电流参考值i_gd*的计算公式为：

P＝1.5u_gdi_gd＝1.5u_cdi_rd；其中，u_gd、i_gd分别为输入电源电压矢量和电流矢量的d轴分量；i_rd为逆变级输出电流矢量的d轴分量；u_cd为输出电容电压矢量的d轴分量。

步骤4：对步骤3得到的差值Δi_gd PI调节后再进行dq反变换得到每项电路电压的变化量，根据所述每相电路电压的变化量生成调节所述前级三相整流电路1中开关管S_r+、S_s+、S_t+占空比的开关指令。

为了验证有源三次谐波注入矩阵变换器离网运行的可行性与控制算法的正确性，在Matlab/Simulink环境里搭建了参考图2所示的有源三次谐波注入矩阵变换器拓扑仿真模型。具体的仿真参数配置如下：

输入相电压幅值60V，频率40Hz，输入电感L_g＝1.5mH，输入电流矢量q轴分量参考i_gq*＝0A，三次谐波注入电感L_y＝2mH，输出滤波电容C_F＝10μF，输出相电压参考幅值100V，频率50Hz，阻感性负载为15Ω的电阻和2mH的电感，开关频率32kHz。

具体而言，参考图4，为有源三次谐波注入矩阵变换器运行在离网模式下的稳态仿真波形，从上至下依次为输入相电压和相电流、整流器输入线电压、三相输出线电压以及三相输出负载电流。从图4波形中可以看到，三相输出电压正弦对称，很好地跟踪了输出参考电压。由于输入电流矢量q轴分量参考设定为0，因此输入电流正弦并且与输入电压同相位。理想情况下由于输入输出功率相等，因此输入电流的d轴分量，也即输入电流的幅值大约为5.56A。

具体而言，参考图5，为有源三次谐波注入矩阵变换器运行在离网模式下的动态仿真波形，起始时负载电阻为15Ω，在0.05s时负载电阻阶跃变化为10Ω。从图中可以看到，在输出负载变化时，由于控制器的调节作用，输出电压依然很好地维持在100V的给定值，表明了***具有良好的动态性能。图4与图5的仿真结果充分验证了有源三次谐波注入矩阵变换器的离网运行模式及其控制算法的正确性。

最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有源三次谐波注入矩阵变换器离网运行控制方法，其特征在于，包括：

根据有源三次谐波注入矩阵变换器的第一输入信息，按照得到的整流控制规则，控制调节整流器输出；根据所述有源三次谐波注入矩阵变换器的输出电压参考，按照获取的三次谐波注入控制规则，控制得到三次谐波注入参考电流，获取调制信号，控制有源三次谐波注入矩阵变换器的输出电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据有源三次谐波注入矩阵变换器的输出电压参考，按照获取的三次谐波注入控制规则，控制得到三次谐波注入参考电流，获取调制信号，控制三次谐波注入电路输出具体包括：

采集三相电流型逆变器中各相的实际输出电容电压u_Fa、u_Fb、u_Fc；

计算所述实际输出电容电压u_Fa、u_Fb、u_Fc的锁相角θ_l，根据所述锁相角确定所在扇区，从而控制三相逆变电路和三个双向开关S_a、S_b、S_c中各个开关管的导通和关断；

对所述实际输出电容电压u_Fa、u_Fb、u_Fc进行dq变换得到实际值u_cd、u_cq输出；

根据输出电容电压参考值u_cd*、u_cq*，计算与所述实际值u_cd、u_cq的差值Δu_cd、Δu_cq；

对所述差值Δu_cd、Δu_cq PI调节后分别得到输出参考功率P*和无功参考电流i_rq*；

采集三次谐波注入电流实际值i_y，并根据所述实际输出电容电压u_Fa、u_Fb、u_Fc的锁相角θ_l，所述输出参考功率P*，以及所述无功参考电流i_rq*计算三次谐波注入电流参考值i_y*；

根据所述电流参考值i_y*与所述三次谐波注入电流实际值i_y之间的差值Δi_y经控制器运算生成开关指令，以调节开关管S_y+的占空比。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据有源三次谐波注入矩阵变换器的第一输入信息，按照得到的整流控制规则，控制调节整流器输出具体包括：

采集三相电压型整流器中各相实际输入电流i_r、i_s、i_t和各相实际输入电压u_rg、u_sg、u_tg；

对所述三相电压型整流器中各相实际输入电压u_rg、u_sg、u_tg进行dq变换得到输入电压实际值u_gd，并通过所述输出参考功率P*与所述实际值u_gd计算得到输入电流参考值i_gd*；

对所述三相电压型整流器中各相实际输入电流i_r、i_s、i_t进行dq变换得到输入电流实际值i_gd，并计算与所述输入电流参考值i_gd*的差值Δi_gd；

对所述差值Δi_gd PI调节后再进行dq反变换得到每相电路电压的变化量，根据所述每相电路电压的变化量生成调节所述三相电压型整流器中开关管S_r+、S_s+、S_t+占空比的开关指令。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算所述实际输出电容电压u_Fa、u_Fb、u_Fc的锁相角θ_l，根据所述锁相角确定所在扇区，从而控制三相逆变电路和三个双向开关S_a、S_b、S_c中各个开关管的导通和关断的步骤中，通过以下方法确定所在扇区包括：

u_a>u_b>u_c的区间设定为扇区I；

u_b>u_a>u_c的区间设定为扇区II；

u_b>u_c>u_a的区间设定为扇区III；

u_c>u_b>u_a的区间设定为扇区IV；

u_c>u_a>u_b的区间设定为扇区V；

u_a>u_c>u_b的区间设定为扇区VI；

以及每个开关管的控制方法包括：

每个扇区中任意时刻上桥臂的开关管S_a+、S_b+、S_c+中对应输入电压瞬时值最大的那个开关，以及下桥臂的开关管S_a-、S_b-、S_c-中对应输入电压瞬时值最小的那个开关一直导通，剩下的开关管一直关断；

三次谐波注入电路的三个双向开关中将电压瞬时值绝对值最小的相对应的双向开关导通，其他双向开关关断，向该相注入三次谐波电流。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述三次谐波注入控制规则对应关系的设置准则包括：不发生输入短路、只导通一个双向开关以及与三相输出电压瞬时绝对值最小的那一相连接的双向开关导通。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述三相电流型逆变器中各相的实际输出电容电压u_Fa、u_Fb、u_Fc的获取方式包括：通过实时采样三相电压获得。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述三相电压型整流器中各项实际输入电流i_r、i_s、i_t的获取方式包括：通过实时采样三相输入电流获得。

8.一种有源三次谐波注入矩阵变换器，执行权利要求1-7所述的方法，其特征在于，包括：前级三相整流电路、中间级三次谐波注入电路和后级逆变电路；输入电源经滤波电感L_g与前级三相整流电路相连，后级逆变电路经滤波电容C_F与负载R相连，输入电源的三相输出电压瞬时值分别为u_rg、u_sg、u_tg；其中，所述滤波电感L_g串接在输入电源的三相输出与前级三相整流电路的三相输入之间，即滤波电感L_g一端分别与输入电源的三相输出端连接，另一端分别与前级三相整流电路1的输入端相连；所述滤波电容C_F一端分别与后级三相逆变电路的输出端相连，另一端并联在一起；所述前级三相整流电路的输出端与所述中间级三次谐波注入电路的输入端并联，所述中间级三次谐波注入电路的输出端连接后级三相逆变电路的输入端，经滤波电感L_g滤波后的输入交流电通过前级三相整流电路的整流作用，输出直流电，通过中间级三次谐波注入电路的补偿作用，输出到后级逆变电路，后经后级逆变电路的逆变作用输出交流电，维持负载电压。

9.根据权利要求8所述的一种有源三次谐波注入矩阵变换器，其特征在于，对前级三相整流电路的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：采集前级三相整流电路工作过程中的数据，包括前级三相整流电路的各相实际输入电流i_r、i_s、i_t和各相实际输入电压u_rg、u_sg、u_tg；

步骤2：对采集到的实际输入电压u_rg、u_sg、u_tg经锁相环(PLL)进行锁相，得到所述实际输入电压u_rg、u_sg、u_tg的锁相角θ_g，对所述实际输入电压u_rg、u_sg、u_tg进行dq变换得到输入电压实际值u_gd，并对所述三相整流电路中各项实际输入电流i_r、i_s、i_t进行dq变换得到输入电流实际值i_gd；

步骤3：根据所述得到的输入电压实际值u_gd与所述输出参考功率P*得到输入电流参考值i_gd*，并与输入电流实际值i_gd比较，计算差值Δi_gd；其中，输入电流参考值i_gd*的计算公式为：P＝1.5u_gdi_gd＝1.5u_cdi_rd；其中，u_gd、i_gd分别为输入电源电压矢量和电流矢量的d轴分量；i_rd为逆变级输出电流矢量的d轴分量；u_cd为输出电容电压矢量的d轴分量；

步骤4：对步骤3得到的差值Δi_gd PI调节后再进行dq反变换得到每项电路电压的变化量，根据所述每相电路电压的变化量生成调节所述前级三相整流电路中开关管S_r+、S_s+、S_t+占空比的开关指令。

10.根据权利要求9所述的一种有源三次谐波注入矩阵变换器，其特征在于，

对所述中间级三次谐波注入电路的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：采集后级三相逆变电路工作过程中的数据，包括后级三相逆变电路的各相实际输出电容电压u_Fa、u_Fb、u_Fc；

步骤2：对采集到的实际输出电容电压u_Fa、u_Fb、u_Fc经锁相环(PLL)进行锁相，得到所述实际输出电容电压u_Fa、u_Fb、u_Fc的锁相角θ_l，根据所述锁相角确定所在扇区，从而控制三个双向开关S_ay、S_ya、S_by、S_yb和S_cy、S_yc中各个开关管的导通和关断；

步骤3：根据三相期望输出电压以及负载计算得出后级三相逆变电路输出电压的参考值，三相期望输出电压为：

其中U_om是期望输出电压的幅值，ω₀是期望输出电压的角频率，φ_u是期望输出电压的功率因数角；

步骤4：根据步骤1得到的三相实际输出电容电压和步骤2得到的锁相角θ_l通过dq变换得到实际值u_cd、u_cq输出；根据步骤3得到的三相参考输出电容电压通过dq变换得到的参考值u_cd*、u_cq*，与所述实际值u_cd、u_cq做差值得到Δu_cd、Δu_cq；

步骤5：对所述差值Δu_cd、Δu_cq PI调节后分别得到输出参考功率P*和无功参考电流i_rq*，也是无功电流I_qm；

步骤6：采集中间级三次谐波注入电路的三次谐波注入电流实际值i_y，并根据所述实际输出电容电压u_Fa、u_Fb、u_Fc，所述输出参考功率P*，以及所述无功电流I_qm计算三次谐波注入电流参考值i_y*；

其中，三次谐波注入电流参考值i_y*的计算公式为：

步骤7：根据步骤6得到的电流参考值i_y*与所述三次谐波注入电流实际值i_y之间的差值Δi_y对开关管S_y+的占空比进行PI调节，得到开关管S_y+的动态占空比；并且，在三次谐波注入电流控制器的参考值中叠加前馈项k；其中：

u_max＝max{u_Fa,u_Fb,u_Fc}，u_mid＝mid{u_Fa,u_Fb,u_Fc}，u_min＝min{u_Fa,u_Fb,u_Fc}，

最后生成开关指令，调节开关管S_y+的占空比。

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