一种基于高频隔离矩阵变换器的发电机系统及调控方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于高频隔离矩阵变换器的发电机系统及调控方法，涉及发电、变电或配电领域。该基于高频隔离矩阵变换器的发电机系统括永磁同步发电机、高频矩阵变换器、中心抽头高频矩阵变压器以及全桥变换器，所述永磁同步发电机的输出端口接后级高频矩阵变换器；所述高频矩阵变换器的三相输入接永磁同步电机，使用了市面上最常见的电压源型器件，器件的成本和可靠性得到了保证；不需要已有器件共漏极或者共源极连接，减小了器件串联额外增加的导通电阻；不需要复杂的多步换流方法，简化的换流策略可以省略额外的控制器开销，减小换流失败的概率，增强系统的可靠性。增强系统的可靠性。增强系统的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高频隔离矩阵变换器的发电机系统及调控方法


[0001]本专利技术涉及发电、变电或配电
，具体为一种基于高频隔离矩阵变换器的发电机系统及调控方法。

技术介绍

[0002]高频隔离变换器分为两大类，一类是两级式的隔离变换器，前级为整流器，后级为隔离型直流变换器，例如谐振变换器和全桥变换器。两级之间需要加入电解电容实现两侧能量的解耦。电解电容限制了变换器的工作环境和使用寿命，不利于变换器的进一步优化。另一类隔离型变换器为单级式高频矩阵变换器，不需要中间储能环节，可以提高系统效率，延长系统使用寿命。
[0003]但是目前已有隔离型高频矩阵变换器需要使用双向开关器件，带来以下问题。一是由于半导体开关器件的特性，目前MOSFET和IGBT都带有反并联二极管，市场中还没有商用的双向开关元器件；二是双向开关元器件需要使用两个已有的开关管共源极或者共漏极连接，增加了系统的导通电阻，降低了变换器的效率；三是双向开关器件由于开关管数目多，换流方式复杂，存在换流失败的风险，不利于系统安全稳定运行。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于高频隔离矩阵变换器的发电机系统及调控方法，使用了市面上最常见的电压源型器件，器件的成本和可靠性得到了保证；不需要已有器件共漏极或者共源极连接，减小了器件串联额外增加的导通电阻；不需要复杂的多步换流方法，简化的换流策略可以省略额外的控制器开销，减小换流失败的概率，增强系统的可靠性。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0008]一方面，提供了一种基于高频隔离矩阵变换器的发电机系统，所述系统包括永磁同步发电机、高频矩阵变换器、中心抽头高频矩阵变压器以及全桥变换器；
[0009]所述永磁同步发电机的输出端口接后级高频矩阵变换器；
[0010]所述高频矩阵变换器的三相输入接永磁同步电机，所述高频矩阵变换器的输出正负极接中心抽头高频矩阵变压器原边，所述高频矩阵变换器的中间极接中心抽头高频矩阵变压器原边中心抽头；
[0011]所述中心抽头高频矩阵变压器的原边将中心抽头接出，接高频矩阵变换器中间极，所述中心抽头高频矩阵变压器的副边接全桥变换器桥臂中点；
[0012]所述全桥变换器的输入桥臂中点接中心抽头高频矩阵变压器副边，所述全桥变换器的输出侧接直流负载；
[0013]所述高频矩阵变换器的电压矢量作用顺序根据电机线电流幅值确定。
[0014]优选的，所述高频矩阵变换器包括第一开关管、第二正开关管、第二负开关管、第三开关管、第四正开关管、第四负开关管、第五开关管、第六正开关管以及第六负开关管；
[0015]所述第四正开光管和第四负开关管共漏极连接组成第一桥臂，所述第一桥臂中点分别连接有第一开关管源极和电机a相端口
[0016]所述第六正开关管和第六负开关管共漏极连接组成第二桥臂，所述第二桥臂中点分别连接有第三开关管源极和电机b相端口；
[0017]所述第二正开关管和第二负开关管共漏极连接组成第三桥臂，所述第三桥臂中点分别连接第五开关管源极和电机c相端口；
[0018]所述第一开关管、第三开关管和第五开关管共漏极连接形成第一连接点，所述第一连接点为高频矩阵变换器输出中点，所述第一连接点与中心抽头高频矩阵变压器的中心抽头连接；
[0019]所述第四正开关管、第六正开关管和第二正开关管共源极连接形成第二连接点，所述第二天连接点连接有正端开关管源极，所述正端开关管漏极输出接所述中心抽头高频矩阵变压器原边异名端；
[0020]所述第四负开关管、第六负开关管和第二负开关管共源极连接形成第三连接点，所述第三连接点连接有负端开关管源极，所述负端开关管漏极输出接中心抽头高频矩阵变压器原边同名端。
[0021]优选的，所述全桥变换器包括第七开关管、第八开关管、第九开关管以及第十开关管；
[0022]所述第七开关管和第八开关管串联组成的第四桥臂，所述第九开关管和第十开关管串联组成的第五桥臂。
[0023]优选的，根据所述中心抽头高频矩阵变压器漏感电流换流时间修正所述高频矩阵变换器电压矢量的作用时间，修正后的高频矩阵变换器三个电压矢量的作用时间为：
[0024][0025]其中，T1,T2和T0分别为第一有源矢量V1、第二有源矢量V2、零矢量V7、V8的作用时间之和，m
a
和θ
i
分别为空间矢量调制的调制比和角度，T
s
为一个开关周期。
[0026]优选的，所述中心抽头高频矩阵变压器漏感电流换流时间为T
d2
＝|i
b
|L
kp
n
s
/u
dc
n
p
，其中，u
dc
为全桥变换器直流负载电压，L
kp
为中心抽头高频矩阵变压器的漏感，n
p/
n
s
为中心抽头高频矩阵变压器的匝比，i
b
为电机b相绕组电流。
[0027]优选的，所述高频矩阵变换器适用于其他交流供电的隔离型交流
‑
直流变换应用场合。
[0028]优选的，所述高频矩阵变换器采用磁场定向控制方案，通过交直轴电流双闭环控制，实现系统的高效运行。
[0029]另一方面，提供了一种所述的基于高频隔离矩阵变换器的发电机系统的调控方法，所述方法包括以下步骤：
[0030]一个开关正半周期内作用于高频矩阵变换器的四个电压矢量为正半周期第一零
矢量V8、正半周期第一有源矢量V1、正半周期第二有源矢量V2和正半周期第二零矢量V7，对应高频矩阵变压器的输入电流为0、I1、I2、0，比较电机电感电流后确定电压矢量的作用顺序为V8、V1、V2、V7时，此时I2>I1>0，I1、I2分别为a相和负c相电流i
a
、
‑
i
c
，具体为：
[0031]负半周期第二零矢量作用阶段，在一个开关周期开始之前，前一个开关周期中，负半周期第二零矢量V8作用于高频矩阵变换器，高频矩阵变换器中第二负开关管、第四负开关管和第六负开关管导通，负端开关管具有导通信号；全桥变换器中的第八开关管和第九开关管具有导通信号；
[0032]正半周期第一零矢量作用阶段，一个开关周期开始后，首先是正半周期第一零矢量V8作用于高频矩阵变换器，第二负开关管、第四负开关管和第六负开关管零电流关断，第二正开关管、第四正开关管和第六正开关管零电压导通；去除负端开关管导通信号；全桥变换器状态保持不变，此时变换器没有进行能量传输；
[0033]变压器漏感电流换流阶段，正半周期第一零矢量V8作用时间结束后，正半周期第一有源矢量V1准备作用；首先提高变压器漏感电流，防止与电感相电流不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高频隔离矩阵变换器的发电机系统，其特征在于，所述系统包括永磁同步发电机、高频矩阵变换器、中心抽头高频矩阵变压器以及全桥变换器；所述永磁同步发电机的输出端口接后级高频矩阵变换器；所述高频矩阵变换器的三相输入接永磁同步电机，所述高频矩阵变换器的输出正负极接中心抽头高频矩阵变压器原边，所述高频矩阵变换器的中间极接中心抽头高频矩阵变压器原边中心抽头；所述中心抽头高频矩阵变压器的原边将中心抽头接出，接高频矩阵变换器中间极，所述中心抽头高频矩阵变压器的副边接全桥变换器桥臂中点；所述全桥变换器的输入桥臂中点接中心抽头高频矩阵变压器副边，所述全桥变换器的输出侧接直流负载；所述高频矩阵变换器的电压矢量作用顺序根据电机线电流幅值确定。2.根据权利要求1所述的一种基于高频隔离矩阵变换器的发电机系统，其特征在于：所述高频矩阵变换器包括第一开关管、第二正开关管、第二负开关管、第三开关管、第四正开关管、第四负开关管、第五开关管、第六正开关管以及第六负开关管；所述第四正开光管和第四负开关管共漏极连接组成第一桥臂，所述第一桥臂中点分别连接有第一开关管源极和电机a相端口所述第六正开关管和第六负开关管共漏极连接组成第二桥臂，所述第二桥臂中点分别连接有第三开关管源极和电机b相端口；所述第二正开关管和第二负开关管共漏极连接组成第三桥臂，所述第三桥臂中点分别连接第五开关管源极和电机c相端口；所述第一开关管、第三开关管和第五开关管共漏极连接形成第一连接点，所述第一连接点为高频矩阵变换器输出中点，所述第一连接点与中心抽头高频矩阵变压器的中心抽头连接；所述第四正开关管、第六正开关管和第二正开关管共源极连接形成第二连接点，所述第二天连接点连接有正端开关管源极，所述正端开关管漏极输出接所述中心抽头高频矩阵变压器原边异名端；所述第四负开关管、第六负开关管和第二负开关管共源极连接形成第三连接点，所述第三连接点连接有负端开关管源极，所述负端开关管漏极输出接中心抽头高频矩阵变压器原边同名端。3.根据权利要求2所述的一种基于高频隔离矩阵变换器的发电机系统，其特征在于：所述全桥变换器包括第七开关管、第八开关管、第九开关管以及第十开关管；所述第七开关管和第八开关管串联组成的第四桥臂，所述第九开关管和第十开关管串联组成的第五桥臂。4.根据权利要求1所述的一种基于高频隔离矩阵变换器的发电机系统，其特征在于：根据所述中心抽头高频矩阵变压器漏感电流换流时间修正所述高频矩阵变换器电压矢量的作用时间，修正后的高频矩阵变换器三个电压矢量的作用时间为：
其中，T1,T2和T0分别为第一有源矢量V1、第二有源矢量V2、零矢量V7、V8的作用时间之和，m
a
和θ
i
分别为空间矢量调制的调制比和角度，T
s
为一个开关周期。5.根据权利要求4所述的一种基于高频隔离矩阵变换器的发电机系统，其特征在于：所述中心抽头高频矩阵变压器漏感电流换流时间为T
d2
＝i
b
L
kp
n
s
u
dc
n
p
，其中，u
dc
为全桥变换器直流负载电压，L
kp
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王政，徐阳，沈寅禛，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：