【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于交流-交流电能变换，特别是涉及到一种基于载波pwm的分裂源双输出双级矩阵变换器调制方法。
技术介绍
1、双级矩阵变换器作为一种交流-交流两级变换器(ac-ac两级变换器)，不仅使输入输出为良好的正弦波形，还具备能量的双向传递、可四象限运行、不需要大容量储能元件、输入功率因数可调且能近似达到1等优点。虽然矩阵变换器优点众多，但它只能实现一组三相交流输出，在风力发电系统、电动汽车、轨道机车牵引等需要双交流的领域就显得无能为力。矩阵变换器的输出电压基波幅值与输入电压幅值之比定义为电压传输比，其由于自身结构特性，电压传输比小，限制了其应用场景，制约了在电机驱动等工业领域的发展，也成为其最大的缺点；传统svpwm调制的电压传输比仅为0.866是双级矩阵变换器亟待解决的问题之一，为了提高双级矩阵变换器的电压传输比提出了一些改进矩阵变换器的拓扑结构和改善调制策略。
2、目前针对双输出双级矩阵变换器调制方法主要是空间矢量调制策略，包括整流级有零矢量的空间矢量调制和整流级无零矢量的空间矢量调制，以及在空间矢量的基础上对两组逆变级的作用时间进行比例分配的空间矢量调制策略。但应用空间矢量调制方法时，需要进行复杂的三角函数计算，过程复杂，不利于编程和硬件的实现。
3、分裂源网络是一种新型的阻抗源网络，分裂源逆变器具有与传统两电平电压源逆变器相同数量的开关个数，相比z源、t-z源、y源等其他阻抗源网络有明显的优势，且性能更加突出，具有能提供连续的供电电流，能降低桥式电容器的电压应力，逆变器电平数易扩展，能和vsi使用
4、因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
5、针对以上所述，我们提出了一种在整流级和双输出逆变级之间插入分裂源网络的双级矩阵变换器拓扑结构—分裂源双输出双级矩阵变换器(split source dual-outputtwo-stage matrix converter,ssdo-tsmc)，解决了低电压增益问题。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于载波pwm的分裂源双输出双级矩阵变换器调制方法，用于解决现有技术中双输出双级矩阵变换器调制方法复杂、拓扑结构冗余和功率开关器件利用率低，只能实现一组三相交流输出的技术问题。
2、本专利技术所采取的技术方案是提供一种基于载波pwm的分裂源双输出双级矩阵变换器调制方法，包括整流级、分裂源网络和逆变级；
3、所述整流级是由六个双向功率开关组成的三相整流电路，将输入相电压划分成六个扇区，在每个扇区内选择两个最大且极性为正的线电压来合成输出的直流电压，使输出中不含零电压，计算相应的占空比；
4、所述分裂源网络是由三个二极管、电感和电容构成，所述电感的一侧与所述三个二极管的阳极侧相连，外加一个电容组成，结合双输出逆变级的工作状态推导出稳定的升压比，解决低电压增益问题；
5、所述逆变级是由九个功率开关组成的两组三相逆变电路，一相桥臂由三个功率开关组成，逆变级分为逆变级1和逆变级2，所述逆变级1是由三相桥臂上面三个功率开关和三相桥臂中间三个功率开关组成，所述逆变级2是由三相桥臂下面三个功率开关和三相桥臂中间三个功率开关组成，逆变级1和逆变级2共用中间三个功率开关，分别对逆变级1和2使用空间矢量调制，计算出相应的占空比；
6、对整流级和逆变级的功率开关状态进行有效优化组合，得到三相对称的输入电流和输出电压，依据整流级和逆变级的调制过程，通过固定分裂源网络电感器的放电时间，结合双输出逆变级的工作状态推导出稳定的升压比，画出优化后的开关调制顺序图，分别计算出整流级六个双向功率开关的调制信号和逆变级九个功率开关的调制信号，并与设定的同一个三角载波信号比较，得到整流级双向功率开关的驱动信号，进而得到直流侧电压；然后再利用逆变级九个功率开关的调制信号与设定好的三角载波信号相比较，得到逆变级功率开关的驱动信号；在直流侧电压的基础上进行三相逆变，得到期望的两组三相交流输出电压。
7、所述三角载波信号幅值从-ui到ui变化，其载波周期与调制周期相同。
8、所述整流级六个双向功率开关的调制信号分别为：
9、当uw>0时，
10、uwp＝ui；uxp＝-ui；uyp＝-ui
11、
12、当uw<0时，
13、
14、uwn＝ui；uxn＝-ui；uyn＝-ui
15、其中，w，x，y∈{a,b,c}，uwp、uxp、uyp、uwn、uxn、uyn为整流级六个双向功率开关的调制信号；w为三相输入中绝对值最大相，x和y为另外两相；当uw>0时，x、y两相下桥臂开关脉冲信号互补，uw<0时，x、y两相上桥臂开关脉冲信号互补；ui为整流级输入相电压幅值；ua、ub、uc为整流级三相输入参考相电压。
16、所述逆变级功率开关的调制信号为：
17、对于逆变级1，所述功率开关的调制信号为：
18、
19、其中，uxu1和uxu2为逆变级1的x相上桥臂开关调制波信号；ux-ref1为逆变级1输出x相的相电压；ux-ref2为逆变级2输出x相的相电压；x∈{a,b,c}；uoffset为偏置电压，计算公式为：
20、
21、其中，umax1＝max(ua-ref1,ub-ref1,uc-ref1)；umin1＝min(ua-ref1,ub-ref1,uc-ref1)；
22、dx和dy为合成直流电压的两个输入线电压的占空比，计算公式为：
23、
24、udc为整流级输出的直流电压平均值，计算公式为：
25、
26、对于逆变级2，当输出参考电压都位于第i扇区时，所述功率开关的调制信号为：
27、
28、其中，ual1和ual2为逆变级2的a相下桥臂开关调制波信号；ubl1和ubl2为逆变级2的b相下桥臂开关调制波信号；ucl1和ucl2为逆变级2的c相下桥臂开关调制波信号；在不同的扇区时只需要将ual1、ual2和ubl1、ubl2和ucl1、ucl2对应的表达式变换作用顺序即可。
29、通过上述设计方案，本专利技术可以带来如下有益效果：
30、(1)本专利技术的基于载波pwm的分裂源双输出双级矩阵变换器调制方法与空间矢量调制法相比，在一个调制周期内，避免了复杂的三角函数计算，易于实现，并且保证了良好的输入输出波形质量；
31、(2)逆变级只需九个开关就可以实现两组三相交流电输出，功率开关器件数量减少，解决了拓扑结构冗余和功率开关器件利用率低等问题；
32、(3)无直流环节储能元件，提高了拓扑的紧凑性，具有双级矩阵变换器器优良的输入/输出响应特性，可以实现功率双向流动；
33、(4)具有方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于载波PWM的分裂源双输出双级矩阵变换器调制方法，其特征在于：包括整流级、分裂源网络和逆变级；
2.根据权利要求1所述的基于载波PWM的分裂源双输出双级矩阵变换器调制方法，其特征在于：所述三角载波信号幅值从-Ui到Ui变化，其载波周期与调制周期相同。
3.根据权利要求1所述的基于载波PWM的分裂源双输出双级矩阵变换器调制方法，其特征在于：所述整流级六个双向功率开关的调制信号分别为：
4.根据权利要求1所述的基于载波PWM的分裂源双输出双级矩阵变换器调制方法，其特征在于，所述逆变级功率开关的调制信号为：
【技术特征摘要】
1.一种基于载波pwm的分裂源双输出双级矩阵变换器调制方法，其特征在于：包括整流级、分裂源网络和逆变级；
2.根据权利要求1所述的基于载波pwm的分裂源双输出双级矩阵变换器调制方法，其特征在于：所述三角载波信号幅值从-ui到ui变化，其载波周期与调制周期相同。
【专利技术属性】
技术研发人员：王汝田，韩龙杰，王跨，王秀云，刘闯，郭东波，张嘉伟，李娜，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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