CN112398352B - 一种三模块组合式ac-ac矩阵变换器及其调制方法 - Google Patents

一种三模块组合式ac-ac矩阵变换器及其调制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112398352B
CN112398352B CN202011247483.7A CN202011247483A CN112398352B CN 112398352 B CN112398352 B CN 112398352B CN 202011247483 A CN202011247483 A CN 202011247483A CN 112398352 B CN112398352 B CN 112398352B
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
signals
group
svm
polarity selection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011247483.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112398352A (zh
Inventor
闫朝阳
姜汉朝
奚子伟
石璐琳
赵丁选
张祝新
刘爽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yanshan University
Original Assignee
Yanshan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yanshan University filed Critical Yanshan University
Priority to CN202011247483.7A priority Critical patent/CN112398352B/zh
Publication of CN112398352A publication Critical patent/CN112398352A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112398352B publication Critical patent/CN112398352B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/293—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/297—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal for conversion of frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/293—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/2932—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage, current or power
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

本发明公开了一种三模块组合式AC‑AC矩阵变换器及其调制方法，涉及电力电子功率变换器调制控制技术领域，一种三模块组合式AC‑AC矩阵变换器，拓扑采用三相/单相矩阵式双向开关结构拓扑作为子模块，三个子模块协同工作。基于此提出了一种电流型SVM组合逻辑调制方法，正负极性选择信号将矩阵变换器的双向可控开关管虚拟分解为单向可控开关管，进而各子模块虚拟分解为正、负两组三相/单相全桥电路。电流型12扇区SVM的6路SVM信号作为基础调制信号，与电压极性选择信号进行组合逻辑运算，得到各单向开关管驱动信号。本发明变换器体积小，输出电压高，双向开关管控制灵活，对负载适应能力强，开关频率低。

Description

一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器及其调制方法
技术领域
本发明涉及电力电子功率变换器调制控制技术领域，尤其是一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器及其调制方法，特别是一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器实现AC-AC变换技术。
背景技术
变换器是一种把某一幅值、频率交流电能转换成不同幅值、不同频率电能的拓扑装置。矩阵式变换器被称为“万能变换器”，理论上可直接实现输入输出相数相同或不同。其中输入三相电压输出三相电压的矩阵式变换器较为常用，一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器所用拓扑也被称为三相-三相矩阵式变换器，可直接实现某一幅值频率的三相输入到另一幅值频率三相输出的功能，理论上可以输出任意频率的波形。
传统的三相矩阵变换器的负载之间存在耦合关系，负载不能独立。且在大电压输出场合下，开关管的端电压较高，威胁设备安全。且AC-AC矩阵式变换器开关数目多，且双向开关管采用背靠背连接的方式，因此大多数调制策略实现困难且换流策略复杂，导致输入三相电压输出三相电压的变换形式不易实现。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器及其调制方法，使得控制更加简单灵活，实现输入三相电压到输出三相电压的变换形式，减小了AC-AC矩阵式变换器控制难度，降低开关管的开关频率，提高对负载的适应能力，便于能量双向流动，使得负载供电形式灵活。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器，其电路拓扑包括输入电源、输入滤波器、双向开关子模块及负载，所述输入电源采用三相电源，负载为三相负载，输入滤波器为三组三相LC型滤波器，双向开关子模块设置有3个，子模块采用三相/单相矩阵式双向开关组，各个子模块由6对背靠背连接的双向开关管组成；
输入电源为三相电网电压ea、eb、ec，三相电网电压ua、ub、uc采用星型连接形式，三相电网电压ea、eb、ec的输出端与3组三相LC型滤波器相连接；
3组三相LC型滤波器由La.A、Lb.A、Lc.A、La.B、Lb.B、Lc.B、La.C、Lb.C、Lc.C、Ca.A、Cb.A、Cc.A、Ca.B、Cb.B、Cc.B、Ca.C、Cb.C、Cc.C组成；
3组三相LC型滤波器的输出端分别连接到3个双向开关子模块上，双向开关子模块为三相/单相矩阵式双向开关结构拓扑。
子模块A由背靠背连接的Spah.A和Spal.A、背靠背连接的Spbh.A和Spbl.A、背靠背连接的Spch.A和Spcl.A、背靠背连接的Snah.A和Snal.A、背靠背连接的Snbh.A和Snbl.A、背靠背连接的Snch.A和Sncl.A构成；子模块B由背靠背连接的Spah.B和Spal.B、背靠背连接的Spbh.B和Spbl.B、背靠背连接的Spch.B和Spcl.B、背靠背连接的Snah.B和Snal.B、背靠背连接的Snbh.B和Snbl.B、背靠背连接的Snch.B和Sncl.B构成子模块B；子模块C由背靠背连接的Spah.C和Spal.C、背靠背连接的Spbh.C和Spbl.C、背靠背连接的Spch.C和Spcl.C、背靠背连接的Snah.C和Snal.C、背靠背连接的Snbh.C和Snbl.C、背靠背连接的Snch.C和Sncl.C构成；
单向开关管Spal.A、Snah.A的漏极连接在一起、单向开关管Spbl.A、Snbh.A的漏极连接在一起、单向开关管Spcl.A、Snch.A的漏极连接在一起分别与双向开关子模块A的三相输入LC型滤波器的输出端连接；单向开关管Spal.B、Snah.B的漏极连接在一起、单向开关管Spbl.B、Snbh.B的漏极连接在一起、单向开关管Spcl.B、Snch.B的漏极连接在一起分别与双向开关子模块B的三相输入LC型滤波器的输出端连接；单向开关管Spal.C、Snah.C的漏极连接在一起、单向开关管Spbl.C、Snbh.C的漏极连接在一起、单向开关管Spcl.C、Snch.C的漏极连接在一起，上述漏极连接点分别与双向开关子模块C的三相输入LC型滤波器的输出端连接；
单向开关管Snal.A、Snbl.A、Sncl.A、Snal.B、Snbl.B、Sncl.B、Snal.C、Snbl.C、Sncl.C的漏极连接在一起作为中性线；单向开关管Spah.A、Spbh.A、Spch.A漏极连接在一起，单向开关管Spah.B、Spbh.B、Spch.B漏极连接在一起，单向开关管Spah.C、Spbh.C、Spch.C漏极连接在一起，上述漏极连接点分别和星型连接的三相负载R1、R2、R3连接。
一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器的调制方法，通过电流型12扇区划分的SVM调制方法获得6路基础调制信号，通过三组正弦信号和0比较获得3对电压极性选择信号，6路基础调制信号和电压极性选择信号进行组合逻辑运算，得到开关管的驱动信号。
本发明技术方案的进一步改进在于：一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器的调制方法的其步骤包括：
步骤1，通过电流型12扇区划分的SVM调制方法获得的SVM1～SVM6的6路开关管驱动信号，将此6路信号作为基础信号；
步骤2，将彼此有120°相位差的三路正弦信号分别与0做比较，得到有120°相位差的占空比为0.5的3对极性选择信号H、L；
步骤3，对基础调制信号SVM1～SVM6和电压极性选择信号H、L进行组合逻辑运算，获得36路单向开关管的驱动信号。
本发明技术方案的进一步改进在于：在步骤1中根据参考输入三相电流的自然换相点和过零点将输入三相电流划分为12个电流C型区域；在两相静止坐标系中，9个空间基本电流矢量和坐标轴将电流空间划分为12扇区；每个扇区中的电流矢量由该区域的两个基本有效矢量和零矢量合成；12扇区电流型SVM调制通过扇区划分、扇区判断、矢量作用时间计算、矢量合成顺序选择得到6路SVM信号。
本发明技术方案的进一步改进在于：在步骤2中，对彼此有120°相位差的三路正弦信号分别与0做比较，正弦信号大于0时，正极性选择信号H为逻辑“1”，负极性选择信号L为逻辑“0”；正弦信号小于0时，正极性选择信号H为逻辑“0”，负极性选择信号为逻辑“1”；得到彼此有120°相位差的占空比为0.5的3对电压极性选择信号H、L；将相位为0的正弦信号和0比较得到双向开关子模块A的极性选择信号H1、L1；将相位为-120°的正弦信号和0比较得到双向开关子模块B的极性选择信号H2、L2；将相位为120°的正弦信号和0比较得到双向开关子模块C的极性选择信号H3、L3。
本发明技术方案的进一步改进在于：将步骤2中得到的彼此有120°相位差的0.5占空比的3对极性选择信号H、L与步骤1中得到6路SVM信号进行组合逻辑运算，将6路SVM信号分别和三个正极性选择信号H进行“与”组合逻辑运算得到18路正组驱动信号，将6路SVM信号分别和三个负极性选择信号L进行“与”组合逻辑运算得到18路负组驱动信号；对6路SVM基础调制信号和极性选择信号H1、L1进行组合逻辑运算得到双向开关子模块A的调制信号；对6路SVM基础调制信号和极性选择信号H2、L2进行组合逻辑运算得到双向开关子模块B的调制信号；对6路SVM基础调制信号和极性选择信号H3、L3进行组合逻辑运算得到双向开关子模块C的调制信号。
本发明技术方案的进一步改进在于：通过极性选择逻辑运算，将双向开关管虚拟分解为单向可控的开关管，将双向开关子模块A、B、C中每一组虚拟分解为输出正电压、输出负电压两组普通三相全桥电路；虚拟分解双向开关子模块得到由Spal.A和Spah.A的体二极管、Spbl.A和Spbh.A的体二极管、Spcl.A和Spch.A的体二极管、Snal.A和Snah.A的体二极管、Snbl.A和Snbh.A的体二极管、Sncl.A和Snch.A的体二极管构成的A组正组三相全桥拓扑；得到由Spal.B和Spah.B的体二极管、Spbl.B和Spbh.B的体二极管、Spcl.B和Spch.B的体二极管、Snal.B和Snah.B的体二极管、Snbl.B和Snbh.B的体二极管、Sncl.B和Snch.B的体二极管构成的B组正组三相全桥拓扑；得到由Spal.C和Spah.C的体二极管、Spbl.C和Spbh.C的体二极管、Spcl.C和Spch.C的体二极管、Snal.C和Snah.C的体二极管、Snbl.C和Snbh.C的体二极管、Sncl.C和Snch.C的体二极管构成的C组正组三相全桥拓扑；得到由Spal.A的体二极管和Spah.A、Spbl.A的体二极管和Spbh.A、Spcl.A的体二极管和Spch.A、Snal.A的体二极管和Snah.A、Snbl.A的体二极管和Snbh.A、Sncl.A的体二极管和Snch.A构成的A组负组三相全桥拓扑；得到由Spal.B的体二极管和Spah.B、Spbl.B的体二极管和Spbh.B、Spcl.B的体二极管和Spch.B、Snal.B的体二极管和Snah.B、Snbl.B的体二极管和Snbh.B、Sncl.B的体二极管和Snch.B构成的B组负组三相全桥拓扑；得到由Spal.C的体二极管和Spah.C、Spbl.C的体二极管和Spbh.C、Spcl.C的体二极管和Spch.C、Snal.C的体二极管和Snah.C、Snbl.C的体二极管和Snbh.C、Sncl.C的体二极管和Snch.C构成的C组负组三相全桥拓；每一组均含有输入电源为三相电网电压ea、eb、ec，一组输入三相LC型滤波器以及三相负载R1、R2、R3。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器的各组的正组三相全桥电路工作时，负组三相全桥的开关管全部关断，3对互补信号中的正极性选择信号H为高电平，负极性选择信号L为低电平；一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器各组的负组三相全桥电路工作时，正组三相全桥的开关管全部关断，3对互补信号中的正极性选择信号H为低电平，负极性选择信号L为高电平。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明使三模块组合式组合式AC-AC矩阵变换器开关管的控制更加简单灵活，减小开关管的电压应力，适用大电压输出场合，便于实现输入三相电压到输出三相电压的变换形式，减小了AC-AC矩阵式变换器控制难度，降低了开关管的开关频率，提高了对负载的适应能力，实现高压大功率输出，便于能量双向流动，使得负载供电形式灵活。
一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器的各组的正组三相全桥电路工作时，负组三相全桥的开关管全部关断，3对互补信号中的正极性选择信号H为高电平，负极性选择信号L为低电平；一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器各组的负组三相全桥电路工作时，正组三相全桥的开关管全部关断，3对互补信号中的正极性选择信号H为低电平，负极性选择信号L为高电平。在6路SVM信号、彼此有120°相位差的3路正极性选择信号H、彼此有120°相位差的3路负极性选择信号L的共同作用下，各组协同工作，一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器实现输入三相输出三相的能量变换。
附图说明
图1为一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器拓扑图，分为A、B、C三组；
图2为一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器的***调制原理框图；
图3为一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器的电流型12扇区SVM调制方法扇区分区图；
图4为一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器的电流型12扇区SVM调制方法基本矢量和零矢量的分布图；
图5为一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器A、B、C三组的虚拟分解原理图；
图6为彼此120°相位差三对极性选择信号H、L的生成原理图；
图7为一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器电流型SVM组合逻辑调制方法逻辑处理电路图；
图8为一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器电流型SVM组合逻辑调制方法驱动信号原理图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
如图1至图8所示，一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器，该拓扑由输入电源、输入滤波器、3个双向开关子模块及负载组成；
三相电网电压ea、eb、ec采用星型连接形式，三相电网电压ea、eb、ec输出端连接到3组三相LC型滤波器。
3组三相LC型滤波器由La.A、Lb.A、Lc.A、La.B、Lb.B、Lc.B、La.C、Lb.C、Lc.C、Ca.A、Cb.A、Cc.A、Ca.B、Cb.B、Cc.B、Ca.C、Cb.C、Cc.C组成。
3组三相LC型滤波器的输出端分别连接到3个双向开关子模块，双向开关子模块采用三相/单相矩阵式双向开关结构拓扑。
背靠背连接的Spah.A和Spal.A、背靠背连接的Spbh.A和Spbl.A、背靠背连接的Spch.A和Spcl.A、背靠背连接的Snah.A和Snal.A、背靠背连接的Snbh.A和Snbl.A、背靠背连接的Snch.A和Sncl.A构成子模块A；背靠背连接的Spah.B和Spal.B、背靠背连接的Spbh.B和Spbl.B、背靠背连接的Spch.B和Spcl.B、背靠背连接的Snah.B和Snal.B、背靠背连接的Snbh.B和Snbl.B、背靠背连接的Snch.B和Sncl.B构成子模块B；背靠背连接的Spah.C和Spal.C、背靠背连接的Spbh.C和Spbl.C、背靠背连接的Spch.C和Spcl.C、背靠背连接的Snah.C和Snal.C、背靠背连接的Snbh.C和Snbl.C、背靠背连接的Snch.C和Sncl.C构成子模块C。
单向开关管Spal.A、Snah.A的漏极连接在一起、单向开关管Spbl.A、Snbh.A的漏极连接在一起、单向开关管Spcl.A、Snch.A的漏极连接在一起分别与双向开关子模块A的三相输入LC型滤波器的输出端连接；单向开关管Spal.B、Snah.B的漏极连接在一起、单向开关管Spbl.B、Snbh.B的漏极连接在一起、单向开关管Spcl.B、Snch.B的漏极连接在一起分别与双向开关子模块B的三相输入LC型滤波器的输出端连接；单向开关管Spal.C、Snah.C的漏极连接在一起、单向开关管Spbl.C、Snbh.C的漏极连接在一起、单向开关管Spcl.C、Snch.C的漏极连接在一起分别与双向开关子模块C的三相输入LC型滤波器的输出端连接。
单向开关管Snal.A、Snbl.A、Sncl.A、Snal.B、Snbl.B、Sncl.B、Snal.C、Snbl.C、Sncl.C漏极连接在一起作为中性线；单向开关管Spah.A、Spbh.A、Spch.A漏极连接在一起、单向开关管Spah.B、Spbh.B、Spch.B漏极连接在一起、单向开关管Spah.C、Spbh.C、Spch.C漏极连接在一起分别和星型连接的三相负载R1、R2、R3连接。
图2中的调制方法的控制原理，第1部分为电流型12扇区SVM调制方法得到的6路SVM信号。12扇区电流型SVM调制通过扇区的划分、扇区判断、矢量作用时间的选择、矢量合成顺序选择获得6路SVM调制信号。由彼此相差120°相位的三路正弦信号和0比较得到的3对极性选择信号H、L，正弦信号大于0时，正极性选择信号H为逻辑“1”，负极性选择信号L为逻辑“0”；正弦信号小于0时，正极性选择信号H为逻辑“0”，负极性选择信号为逻辑“1”。相位为0的正弦信号和0比较得到双向开关子模块A的极性选择信号H1、L1；相位为-120°的正弦信号和0比较得到双向开关子模块B的极性选择信号H2、L2；相位为120°的正弦信号和0比较得到双向开关子模块C的极性选择信号H3、L3。第2部分为组合逻辑运算处理，6路SVM信号分别和三个正极性选择信号H进行“与”组合逻辑运算得到18路正组驱动信号，6路SVM信号分别和三个负极性选择信号L进行“与”组合逻辑运算得到18路负组驱动信号。6路SVM基础调制信号和极性选择信号H1、L1进行组合逻辑运算得到双向开关子模块A的调制信号；6路SVM基础调制信号和极性选择信号H2、L2进行组合逻辑运算得到双向开关子模块B的调制信号；6路SVM基础调制信号和极性选择信号H3、L3进行组合逻辑运算得到双向开关子模块C的调制信号。因此得到一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器36个开关管的驱动信号。
图3是参考电流信号每周期中的自然换相点和过零点将电流空间划分为12个空间区域，即12扇区电流矢量划分。
图4是在两相静止坐标系中12扇区、6基本电流矢量、3个零矢量的分布。在两相静止坐标系中，9个空间基本电流矢量和坐标轴将电流空间划分为12扇区，每个扇区电流矢量由该区域两个有效基本电流矢量和零矢量合成。
图5是一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器A、B、C三组的虚拟分解原理图，根据极性选择逻辑运算，得到18开关型AC-AC矩阵式变换器虚拟分解的电路拓扑，每一组均虚拟分解为正组三相全桥电路和负组三相全桥电路构成，各组虚拟分解原理相同。
对于本发明所述的电流型电流型SVM组合逻辑调制方法，包含虚拟分解和组合逻辑运算两部分。其一，虚拟分解工作是针对电路特征和物理连接的分析，分解双向可控开关管为单向可控开关管，故双向开关子模块电路结构可虚拟分解为多个三相/单相全桥电路。其二，组合逻辑运算工作则侧重于逻辑变换和控制实现，其核心控制思路为：12扇区划分SVM基础调制信号与正、负极性选择信号H、L进行组合逻辑运算，正组三相全桥工作时，正组三相全桥的可控单向开关管处于调制状态，负组三相全桥的可控单向开关管处于关断状态；负组三相全桥工作时，负组三相全桥的可控单向开关管处于调制状态，正组三相全桥的可控单向开关管处于关断状态。
图6是彼此有120°相位差3对极性选择信号H、L生成原理，相位为0的正弦信号和0比较得到H1、L1；相位为-120°的正弦信号和0比较得到H2、L2；相位为120°的正弦信号和0比较得到H3、L3。当正弦信号大于0时，H＝“1”，L＝0；当正弦信号小于0时，H＝“0”，L＝“1”。因此可生成有3对正负极性选择信号H、L。
图7是一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器电流型SVM组合逻辑调制方法逻辑处理电路图，6路SVM信号分别与3个正极性选择信号H、3个负极性选择信号L进行图7的“与”组合逻辑运算处理，得到双向开关组的驱动信号。H1、L1分别和6路SVM信号进行“与”组合逻辑运算得到A组开关管的驱动信号；H2、L2分别和6路SVM信号进行“与”组合逻辑运算得到B组开关管的驱动信号；H3、L3分别和6路SVM信号进行“与”组合逻辑运算得到C组开关管的驱动信号。
以子模块A为例，图8是子模块A的驱动信号信号合成原理。SVM1～SVM6是6路SVM信号，分别和正极性选择信号H1、负极性选择信号L1进行“与”组合逻辑运算。B、C两组原理相同，仅仅极性选择信号不同。如图8所示，在一个极性选择周期中，t0～t1段单向开关管Spah.A、Spbh.A、Spch.A、Snah.A、Snbh.A、Snch.A、Spal.A、Spcl.A、Snal.A、Sncl.A关断，开关管Spbl.A、Snbl.A开通；t1～t2段单向开关管Spah.A、Spbh.A、Spch.A、Snah.A、Snbh.A、Snch.A、Spal.A、Spbl.A、Snal.A、Sncl.A关断，开关管Spcl.A、Snbl.A开通；t2～t3段单向开关管Spah.A、Spbh.A、Spch.A、Snah.A、Snbh.A、Snch.A、Spal.A、Spcl.A、Snal.A、Sncl.A关断，开关管Spbl.A、Snbl.A开通；t3～t4段单向开关管Spah.A、Spch.A、Snah.A、Snch.A、Spal.A、Spbl.A、Spcl.A、Snal.A、Snbl.A、Sncl.A关断，开关管Spbh.A、Snbh.A开通；t4～t5段单向开关管Spah.A、Spch.A、Snbh.A、Snch.A、Spal.A、Spbl.A、Spcl.A、Snal.A、Snbl.A、Sncl.A关断，开关管Spbh.A、Snah.A开通；t5～t6段单向开关管Spah.A、Spch.A、Snah.A、Snbh.A、Spal.A、Spbl.A、Spcl.A、Snal.A、Snbl.A、Sncl.A关断，开关管Spbh.A、Snch.A开通；t6～t7段单向开关管Spah.A、Spch.A、Snah.A、Snch.A、Spal.A、Spbl.A、Spcl.A、Snal.A、Snbl.A、Sncl.A关断，开关管Spbh.A、Snbh.A开通。
一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器的各组的正组三相全桥电路工作时，负组三相全桥的开关管全部关断，即3对互补信号中的正极性选择信号H为高电平，负极性选择信号L为低电平。一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器各组的负组三相全桥电路工作时，正组三相全桥的开关管全部关断，即3对互补信号中的正极性选择信号H为低电平，负极性选择信号L为高电平。在6路SVM信号、彼此有120°相位差的3路正极性选择信号H、彼此有120°相位差的3路负极性选择信号L的共同作用下，各组协同工作，一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器实现输入三相输出三相的能量变换。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器的调制方法，其特征在于：通过电流型12扇区划分的SVM调制方法获得6路基础调制信号，通过三组正弦信号和0比较获得3对电压极性选择信号，6路基础调制信号和电压极性选择信号进行组合逻辑运算，得到开关管的驱动信号；
使用一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器，其电路拓扑包括输入电源、输入滤波器、双向开关子模块及负载，所述输入电源采用三相电源，负载为三相负载，输入滤波器为三组三相LC型滤波器，双向开关子模块设置有3个，子模块采用三相/单相矩阵式双向开关组，各个子模块由6对背靠背连接的双向开关管组成；
输入电源为三相电网电压ea、eb、ec，三相电网电压ea、eb、ec采用星型连接形式，三相电网电压ea、eb、ec的输出端与3组三相LC型滤波器相连接；
3组三相LC型滤波器由La.A、Lb.A、Lc.A、La.B、Lb.B、Lc.B、La.C、Lb.C、Lc.C、Ca.A、Cb.A、Cc.A、Ca.B、Cb.B、Cc.B、Ca.C、Cb.C、Cc.C组成；
3组三相LC型滤波器的输出端分别连接到3个双向开关子模块上，双向开关子模块为三相/单相矩阵式双向开关结构拓扑；
子模块A由背靠背连接的Spah.A和Spal.A、背靠背连接的Spbh.A和Spbl.A、背靠背连接的Spch.A和Spcl.A、背靠背连接的Snah.A和Snal.A、背靠背连接的Snbh.A和Snbl.A、背靠背连接的Snch.A和Sncl.A构成；子模块B由背靠背连接的Spah.B和Spal.B、背靠背连接的Spbh.B和Spbl.B、背靠背连接的Spch.B和Spcl.B、背靠背连接的Snah.B和Snal.B、背靠背连接的Snbh.B和Snbl.B、背靠背连接的Snch.B和Sncl.B构成子模块B；子模块C由背靠背连接的Spah.C和Spal.C、背靠背连接的Spbh.C和Spbl.C、背靠背连接的Spch.C和Spcl.C、背靠背连接的Snah.C和Snal.C、背靠背连接的Snbh.C和Snbl.C、背靠背连接的Snch.C和Sncl.C构成；
单向开关管Spal.A、Snah.A的漏极连接在一起、单向开关管Spbl.A、Snbh.A的漏极连接在一起、单向开关管Spcl.A、Snch.A的漏极连接在一起分别与双向开关子模块A的三相输入LC型滤波器的输出端连接；单向开关管Spal.B、Snah.B的漏极连接在一起、单向开关管Spbl.B、Snbh.B的漏极连接在一起、单向开关管Spcl.B、Snch.B的漏极连接在一起分别与双向开关子模块B的三相输入LC型滤波器的输出端连接；单向开关管Spal.C、Snah.C的漏极连接在一起、单向开关管Spbl.C、Snbh.C的漏极连接在一起、单向开关管Spcl.C、Snch.C的漏极连接在一起，上述漏极连接点分别与双向开关子模块C的三相输入LC型滤波器的输出端连接；
单向开关管Snal.A、Snbl.A、Sncl.A、Snal.B、Snbl.B、Sncl.B、Snal.C、Snbl.C、Sncl.C的漏极连接在一起作为中性线；单向开关管Spah.A、Spbh.A、Spch.A漏极连接在一起，单向开关管Spah.B、Spbh.B、Spch.B漏极连接在一起，单向开关管Spah.C、Spbh.C、Spch.C漏极连接在一起，上述漏极连接点分别和星型连接的三相负载R1、R2、R3连接
其步骤包括：
步骤1，通过电流型12扇区划分的SVM调制方法获得的SVM1～SVM6的6路开关管驱动信号，将此6路信号作为基础信号；根据参考输入三相电流的自然换相点和过零点将输入三相电流划分为12个电流C型区域；在两相静止坐标系中，9个空间基本电流矢量和坐标轴将电流空间划分为12扇区；每个扇区中的电流矢量由该区域的两个基本有效矢量和零矢量合成；12扇区电流型SVM调制通过扇区划分、扇区判断、矢量作用时间计算、矢量合成顺序选择得到6路SVM信号；
步骤2，将彼此有120°相位差的三路正弦信号分别与0做比较，得到有120°相位差的占空比为0.5的3对极性选择信号H、L；对彼此有120°相位差的三路正弦信号分别与0做比较，正弦信号大于0时，正极性选择信号H为逻辑“1”，负极性选择信号L为逻辑“0”；正弦信号小于0时，正极性选择信号H为逻辑“0”，负极性选择信号为逻辑“1”；得到彼此有120°相位差的占空比为0.5的3对电压极性选择信号H、L；将相位为0的正弦信号和0比较得到双向开关子模块A的极性选择信号H1、L1；将相位为-120°的正弦信号和0比较得到双向开关子模块B的极性选择信号H2、L2；将相位为120°的正弦信号和0比较得到双向开关子模块C的极性选择信号H3、L3；得到的彼此有120°相位差的0.5占空比的3对极性选择信号H、L与步骤1中得到6路SVM信号进行组合逻辑运算，将6路SVM信号分别和三个正极性选择信号H进行“与”组合逻辑运算得到18路正组驱动信号，将6路SVM信号分别和三个负极性选择信号L进行“与”组合逻辑运算得到18路负组驱动信号；对6路SVM基础调制信号和极性选择信号H1、L1进行组合逻辑运算得到双向开关子模块A的调制信号；对6路SVM基础调制信号和极性选择信号H2、L2进行组合逻辑运算得到双向开关子模块B的调制信号；对6路SVM基础调制信号和极性选择信号H3、L3进行组合逻辑运算得到双向开关子模块C的调制信号；
步骤3，对基础调制信号SVM1～SVM6和电压极性选择信号H、L进行组合逻辑运算，获得36路单向开关管的驱动信号；
通过极性选择逻辑运算，将双向开关管虚拟分解为单向可控的开关管，将双向开关子模块A、B、C中每一组虚拟分解为输出正电压、输出负电压两组普通三相全桥电路；虚拟分解双向开关子模块得到由Spal.A和Spah.A的体二极管、Spbl.A和Spbh.A的体二极管、Spcl.A和Spch.A的体二极管、Snal.A和Snah.A的体二极管、Snbl.A和Snbh.A的体二极管、Sncl.A和Snch.A的体二极管构成的A组正组三相全桥拓扑；得到由Spal.B和Spah.B的体二极管、Spbl.B和Spbh.B的体二极管、Spcl.B和Spch.B的体二极管、Snal.B和Snah.B的体二极管、Snbl.B和Snbh.B的体二极管、Sncl.B和Snch.B的体二极管构成的B组正组三相全桥拓扑；得到由Spal.C和Spah.C的体二极管、Spbl.C和Spbh.C的体二极管、Spcl.C和Spch.C的体二极管、Snal.C和Snah.C的体二极管、Snbl.C和Snbh.C的体二极管、Sncl.C和Snch.C的体二极管构成的C组正组三相全桥拓扑；得到由Spal.A的体二极管和Spah.A、Spbl.A的体二极管和Spbh.A、Spcl.A的体二极管和Spch.A、Snal.A的体二极管和Snah.A、Snbl.A的体二极管和Snbh.A、Sncl.A的体二极管和Snch.A构成的A组负组三相全桥拓扑；得到由Spal.B的体二极管和Spah.B、Spbl.B的体二极管和Spbh.B、Spcl.B的体二极管和Spch.B、Snal.B的体二极管和Snah.B、Snbl.B的体二极管和Snbh.B、Sncl.B的体二极管和Snch.B构成的B组负组三相全桥拓扑；得到由Spal.C的体二极管和Spah.C、Spbl.C的体二极管和Spbh.C、Spcl.C的体二极管和Spch.C、Snal.C的体二极管和Snah.C、Snbl.C的体二极管和Snbh.C、Sncl.C的体二极管和Snch.C构成的C组负组三相全桥拓；每一组均含有输入电源为三相电网电压ea、eb、ec，一组输入三相LC型滤波器以及三相负载R1、R2、R3；
所述一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器的各组的正组三相全桥电路工作时，负组三相全桥的开关管全部关断，3对互补信号中的正极性选择信号H为高电平，负极性选择信号L为低电平；一种三模块组合式AC-AC矩阵变换器各组的负组三相全桥电路工作时，正组三相全桥的开关管全部关断，3对互补信号中的正极性选择信号H为低电平，负极性选择信号L为高电平。
CN202011247483.7A 2020-11-10 2020-11-10 一种三模块组合式ac-ac矩阵变换器及其调制方法 Active CN112398352B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011247483.7A CN112398352B (zh) 2020-11-10 2020-11-10 一种三模块组合式ac-ac矩阵变换器及其调制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011247483.7A CN112398352B (zh) 2020-11-10 2020-11-10 一种三模块组合式ac-ac矩阵变换器及其调制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112398352A CN112398352A (zh) 2021-02-23
CN112398352B true CN112398352B (zh) 2021-12-21

Family

ID=74599772

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011247483.7A Active CN112398352B (zh) 2020-11-10 2020-11-10 一种三模块组合式ac-ac矩阵变换器及其调制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112398352B (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4957304B2 (ja) * 2007-03-14 2012-06-20 株式会社明電舎 交流−交流直接変換装置の空間ベクトル変調方法
CN104579043A (zh) * 2015-01-30 2015-04-29 闫朝阳 电动汽车无刷电机高频链驱动器
CN104883071B (zh) * 2015-05-22 2017-07-28 中南大学 一种面向多模块矩阵变换器的同相层叠载波调制方法
CN106655842B (zh) * 2017-03-03 2019-10-15 燕山大学 单相高频链矩阵式整流器的新型单极性倍频spwm调制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112398352A (zh) 2021-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hota et al. An improved three-phase five-level inverter topology with reduced number of switching power devices
CN102075106B (zh) 多电平转换器操作
Miura et al. A novel space vector control with capacitor voltage balancing for a multilevel modular matrix converter
CN109167364B (zh) 基于桥臂复用和混合级联的三端口柔性多状态开关装置
CN103339845B (zh) 交流变换电路
CN110048627A (zh) 无共模电压的多电平逆变器的调制方法
CN109347335B (zh) 一种适用于电流源控制的模块化多电平换流器桥臂拓扑
Cheng et al. Research on realizing space vector equivalent modulation output by dual carrier modulation of current source inverter
CN106655850A (zh) 一种消除低频电压波动的模块化多电平变流器
CN112398352B (zh) 一种三模块组合式ac-ac矩阵变换器及其调制方法
Woldegiorgis et al. The Star-Switched MMC (SSMMC)-a hybrid VSC for HVDC applications
Feng et al. On the comparison of fundamental and high frequency carrier-based PWM techniques for multilevel NPC inverters
CN112234844B (zh) 一种输出变频变相交流电压的矩阵变换器及其调制方法
Venugopal et al. Hybrid cascaded MLI topology using ternary voltage progression technique with multicarrier strategy
CN112910293B (zh) 一种三电平中点钳位型变流器的调制方法及装置
CN112234842B (zh) 一种变压器隔离型三模块ac-ac矩阵变换器及其调制方法
CN112187062B (zh) 一种18开关型ac-ac矩阵式变换器及其调制方法
CN112398351B (zh) 一种9双向开关型ac-ac矩阵式变换器及其调制方法
Syu et al. Phase-Shifted PWM with dynamic phase shift control and zero sequence injection to minimize inductor current ripple in three-phase flying capacitor multilevel converters
CN113131492A (zh) 共交直流母线交错并联多电平apf谐波组合模块及算法
Yousuf et al. The comparative THD analysis of neutral clamped multilevel Z-source inverter using novel PWM control techniques
Wang et al. Three-phase boost-stage coupled current source inverter concept and its space vector modulation
Kumari et al. Three-phase space vector modulated improved Z-source inverter
Tang et al. Novel hybrid cascade asymmetrical converter based on asymmetrical converter
CN114793071A (zh) 一种电压型svm型解结耦空间矢量混合调制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant