本發(fā)明涉及領(lǐng)域，特別是涉及一種超稀疏矩陣整流器控制方法及其裝置。

背景技術(shù)：

矩陣式整流器是一種由三相ac-ac矩陣式變換器演化而來的降壓型ac-dc電力變換器，具有體積小、重量輕，能量能雙向流動等優(yōu)點，受到國內(nèi)外專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。若不要求電力變換器具有能量雙向流動能力，矩陣式整流器可大大減少開關(guān)器件，此時則演變?yōu)榱顺∈杈仃囌髌鳌?/p>

超稀疏矩陣整流器作為一種新型的電力變換器，相對于傳統(tǒng)的變換器，安全換流策略簡單，且由于較少功率開關(guān)器件使得系統(tǒng)損耗小，具有較好的應(yīng)用前景。

采用超稀疏矩陣整流器作為電力變換器進(jìn)行整流時，為提高動態(tài)性能，可采用滑?？刂撇呗钥刂瞥∈杈仃囌髌鞯闹绷鬏敵鲭妷阂约把a(bǔ)償網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)。然而由于傳統(tǒng)的滑?？刂坪瘮?shù)中使用的是符號函數(shù)sgn，使得切換項只能在最大值和最小值之間相互切換，切換過大導(dǎo)致滑?？刂浦卸墩駝×?，嚴(yán)重降低輸入輸出波形質(zhì)量。

因此，如何提供一種抖振抑制效果好的超稀疏矩陣整流器控制方法及其裝置是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種超稀疏矩陣整流器控制方法及其裝置，通過采用積分和雙曲正切函數(shù)對滑?？刂浦械那袚Q函數(shù)和控制函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，能夠有效地抑制滑模抖振的現(xiàn)象。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種超稀疏矩陣整流器控制方法，包括：

通過傳感器實時檢測電網(wǎng)側(cè)電壓和電流以及所述超稀疏矩陣整流器的輸出電壓或輸出電流；

令所述輸出電壓或輸出電流與參考電壓或參考電流作差處理，得到誤差值e及誤差變化率

依據(jù)所述誤差值e及所述誤差變化率設(shè)計得到輸出滑模切換函數(shù)：

其中，滑模系數(shù)c1、c2取值范圍分別為c1＞1/(2co)，c2＜1/(loco)；co和lo分別為輸出濾波器電容和電感參數(shù)；

采用雙曲正切函數(shù)設(shè)計輸出滑?？刂脐P(guān)系式，依據(jù)所述輸出滑?？刂脐P(guān)系式計算得到調(diào)制系數(shù)m，所述輸出滑?？刂脐P(guān)系式為：

m＝mref+tanh(s1)σ；輸出滑?？刂频刃ы?imgfile="bda0001320355960000024.gif"wi="285"he="126"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>vim為網(wǎng)側(cè)電壓幅值；σ為滑?？刂魄袚Q項；

依據(jù)所述電網(wǎng)側(cè)電壓和電流計算無功功率參數(shù)q和電壓相位移α；

依據(jù)所述無功功率參數(shù)設(shè)計得到功率因數(shù)滑模切換關(guān)系式：

為無功功率參數(shù)變化率，c3為正滑模系數(shù)；

采用雙曲正切函數(shù)設(shè)計功率因數(shù)滑模控制關(guān)系式，依據(jù)所述功率因數(shù)滑?？刂脐P(guān)系式計算得到補(bǔ)償角度所述功率因數(shù)滑?？刂脐P(guān)系式為：

δ為補(bǔ)償角度抗擾量；功率滑?？刂频刃ы?imgfile="bda0001320355960000029.gif"wi="318"he="119"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>ωi為網(wǎng)側(cè)電壓頻率；rl為負(fù)載阻值；ci輸入濾波器電容參數(shù)；

采用電流空間矢量調(diào)制，依據(jù)所述調(diào)制系數(shù)m、所述補(bǔ)償角度和所述電壓相位移α確定各種開關(guān)組合對應(yīng)的矢量的作用時間，依據(jù)所述作用時間得到脈沖信號，驅(qū)動所述超稀疏矩陣整流器內(nèi)相應(yīng)雙向開關(guān)導(dǎo)通。

優(yōu)選地，所述無功功率參數(shù)具體為瞬時無功功率q；依據(jù)所述電網(wǎng)側(cè)電壓和電流計算所述瞬時無功功率q的過程為：

對所述電網(wǎng)側(cè)電壓和電流進(jìn)行派克變換，得到所述瞬時無功功率q；q＝usqisd-usdisq。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種超稀疏矩陣整流器控制裝置，包括：

檢測模塊，用于通過傳感器實時檢測電網(wǎng)側(cè)電壓和電流以及所述超稀疏矩陣整流器的輸出電壓或輸出電流；

誤差計算模塊，用于令所述輸出電壓或輸出電流與參考電壓或參考電流作差處理，得到誤差值e及誤差變化率

調(diào)制系數(shù)計算模塊，用于依據(jù)所述誤差值e及所述誤差變化率設(shè)計得到輸出滑模切換函數(shù)：其中，滑模系數(shù)c1、c2取值范圍分別為c1＞1/(2co)，c2＜1/(loco)；co和lo分別為輸出濾波器電容和電感參數(shù)；采用雙曲正切函數(shù)設(shè)計輸出滑模控制關(guān)系式，依據(jù)所述輸出滑?？刂脐P(guān)系式計算得到調(diào)制系數(shù)m，所述輸出滑?？刂脐P(guān)系式為：m＝mref+tanh(s1)σ；輸出滑?？刂频刃ы?imgfile="bda0001320355960000034.gif"wi="283"he="127"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>vim為網(wǎng)側(cè)電壓幅值；σ為滑?？刂魄袚Q項；

無功計算模塊，用于依據(jù)所述電網(wǎng)側(cè)電壓和電流計算無功功率參數(shù)q和電壓相位移α；

補(bǔ)償角計算模塊，用于依據(jù)所述無功功率參數(shù)設(shè)計得到功率因數(shù)滑模切換關(guān)系式：為無功功率參數(shù)變化率，c3為正滑模系數(shù)；采用雙曲正切函數(shù)設(shè)計功率因數(shù)滑模控制關(guān)系式，依據(jù)所述功率因數(shù)滑?？刂脐P(guān)系式計算得到補(bǔ)償角度所述功率因數(shù)滑?？刂脐P(guān)系式為：δ為補(bǔ)償角度抗擾量；功率滑?？刂频刃ы?imgfile="bda0001320355960000039.gif"wi="318"he="119"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>ωi為網(wǎng)側(cè)電壓頻率；rl為負(fù)載阻值；ci輸入濾波器電容參數(shù)；

空間矢量調(diào)制模塊，用于采用電流空間矢量調(diào)制，依據(jù)所述調(diào)制系數(shù)m、所述補(bǔ)償角度和所述電壓相位移α確定各種開關(guān)組合對應(yīng)的矢量的作用時間，依據(jù)所述作用時間得到脈沖信號，驅(qū)動所述超稀疏矩陣整流器內(nèi)相應(yīng)雙向開關(guān)導(dǎo)通。

優(yōu)選地，所述無功功率參數(shù)具體為瞬時無功功率q；所述無功計算模塊具體包括：

無功功率計算單元，用于對所述電網(wǎng)側(cè)電壓和電流進(jìn)行派克變換，得到所述瞬時無功功率q；q＝usqisd-usdisq；

相位移計算單元，用于對所述電網(wǎng)側(cè)電壓和電流進(jìn)行克拉克變換，依據(jù)克拉克變換后的電壓usα、usβ和電流isα、isβ計算電壓和電流的正余弦值：

逆推得到

本發(fā)明提供了一種超稀疏矩陣整流器控制方法及其裝置，在輸入滑模切換函數(shù)內(nèi)加入了對雙曲正切函數(shù)求積分的項，并且采用非線性的雙曲正切函數(shù)對傳統(tǒng)滑?？刂频幕？刂坪瘮?shù)進(jìn)行優(yōu)化。可以理解的是，采用積分滑?？刂?，相對傳統(tǒng)控制穩(wěn)態(tài)性能更好，具有良好的穩(wěn)態(tài)誤差，而雙曲正切函數(shù)為一種具有“小誤差放大，大誤差飽和”特點的非線性函數(shù)，在大的初始誤差或者是控制輸入受限時，雙曲正切函數(shù)作為一種連續(xù)函數(shù)在滑模切換函數(shù)中代替線性函數(shù)能夠有效抑制滑模抖振的情況出現(xiàn)，抖振抑制的效果好。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對現(xiàn)有技術(shù)和實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為超稀疏矩陣整流器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的一種超稀疏矩陣整流器控制方法的過程的流程圖；

圖3為本發(fā)明提供的一種扇區(qū)劃分示意圖；

圖4為本發(fā)明提供的一種超稀疏矩陣整流器控制框圖；

圖5為本發(fā)明提供的一種超稀疏矩陣整流器控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明的核心是提供一種超稀疏矩陣整流器控制方法及其裝置，通過采用積分和雙曲正切函數(shù)對滑?？刂浦械那袚Q函數(shù)和控制函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，能夠有效地抑制滑模抖振的現(xiàn)象。

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供了一種超稀疏矩陣整流器控制方法，參見圖1和圖2所示，圖1為超稀疏矩陣整流器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的一種超稀疏矩陣整流器控制方法的過程的流程圖；該方法包括：

步驟s1：通過傳感器實時檢測電網(wǎng)側(cè)電壓和電流以及超稀疏矩陣整流器的輸出電壓或輸出電流；

步驟s2：令輸出電壓或輸出電流與參考電壓或參考電流作差處理，得到誤差值e及誤差變化率

步驟s3：依據(jù)誤差值e及誤差變化率設(shè)計得到輸出滑模切換函數(shù)：

其中，滑模系數(shù)c1、c2取值范圍分別為c1＞1/(2co)，c2＜1/(loco)；co和lo分別為輸出濾波器電容和電感參數(shù)；

可以理解的是，通過增加積分項，相對于傳統(tǒng)的滑模切換函數(shù)，其控制穩(wěn)態(tài)的性能更好，具有良好的穩(wěn)態(tài)誤差。

步驟s4：采用雙曲正切函數(shù)設(shè)計輸出滑模控制關(guān)系式，依據(jù)輸出滑?？刂脐P(guān)系式計算得到調(diào)制系數(shù)m，輸出滑模控制關(guān)系式為：

m＝mref+tanh(s1)σ；輸出滑模控制等效項vim為網(wǎng)側(cè)電壓幅值；σ為滑?？刂魄袚Q項；σ∈[0.05,0.1]

步驟s5：依據(jù)電網(wǎng)側(cè)電壓和電流計算無功功率參數(shù)q和電壓相位移α；

步驟s6：依據(jù)無功功率參數(shù)設(shè)計得到功率因數(shù)滑模切換關(guān)系式：

為無功功率參數(shù)變化率，c3為正滑模系數(shù)；

步驟s7：采用雙曲正切函數(shù)設(shè)計功率因數(shù)滑模控制關(guān)系式，依據(jù)功率因數(shù)滑?？刂脐P(guān)系式計算得到補(bǔ)償角度功率因數(shù)滑模控制關(guān)系式為：

δ為補(bǔ)償角度抗擾量；功率滑模控制等效項ωi為網(wǎng)側(cè)電壓頻率；rl為負(fù)載阻值；ci輸入濾波器電容參數(shù)；

步驟s8：采用電流空間矢量調(diào)制，依據(jù)調(diào)制系數(shù)m、補(bǔ)償角度和電壓相位移α確定各種開關(guān)組合對應(yīng)的矢量的作用時間，依據(jù)作用時間得到脈沖信號，驅(qū)動超稀疏矩陣整流器內(nèi)相應(yīng)雙向開關(guān)導(dǎo)通。

可以理解的是，雙曲正切函數(shù)為一種具有“小誤差放大，大誤差飽和”特點的非線性函數(shù)，在大的初始誤差或者是控制輸入受限時，在滑模切換函數(shù)中采用雙曲正切函數(shù)代替線性函數(shù)能夠有效抑制積分飽和效應(yīng)。

需要注意的是，步驟s2-步驟s4與步驟s5-步驟s7為并列的兩條支路，這兩部分沒有先后順序之分，可以同時進(jìn)行。

另外，本發(fā)明中的超稀疏矩陣整流器的主電路包括3個igbt和12個二極管，相比矩陣整流器12個igbt和12個二極管，開關(guān)數(shù)量大大減少，系統(tǒng)損耗少。

在一種具體實施例中，無功功率參數(shù)具體為瞬時無功功率q；步驟s5中，依據(jù)電網(wǎng)側(cè)電壓和電流計算瞬時無功功率q的過程為：

步驟s501：對電網(wǎng)側(cè)電壓和電流進(jìn)行派克變換，得到瞬時無功功率q；q＝usqisd-usdisq。

計算電壓相位移α的過程具體為：

步驟s502：對電網(wǎng)側(cè)電壓和電流進(jìn)行克拉克變換，依據(jù)克拉克變換后的電壓usα、usβ和電流isα、isβ計算電壓和電流的正余弦值；

之后進(jìn)行反正弦變換，得到

其中，步驟s8中的過程具體為：

以輸入相電壓過零點劃分扇區(qū)。扇區(qū)分布如圖3所示，目標(biāo)矢量iref由該扇區(qū)內(nèi)兩個相鄰的有效矢量和一零矢量合成。參見表1所示，表1為超稀疏矩陣整流器的開關(guān)導(dǎo)通規(guī)律表，以第一扇區(qū)為例，開關(guān)sa常閉，開關(guān)sb閉合時對應(yīng)有效矢量開關(guān)sc閉合時對應(yīng)有效矢量只sa閉合時對應(yīng)零矢量目標(biāo)矢量分別由有效矢量和零矢量合成。則其對應(yīng)的三個開關(guān)sa、sb和sc在一個周期ts內(nèi)的導(dǎo)通時間可計算為：

tsa＝ts

tsb＝mdα＝mtssin(60°-θ)

tsc＝mdβ＝mtssinθ

其中，dα和dβ為兩個有效矢量的占空比，且θ＝mod[(α-φi,60°)]。

依據(jù)該占空比，確定各種開關(guān)組合對應(yīng)的矢量的作用時間，依據(jù)作用時間得到脈沖信號，驅(qū)動超稀疏矩陣整流器內(nèi)相應(yīng)雙向開關(guān)導(dǎo)通。

表1超稀疏矩陣整流器的開關(guān)導(dǎo)通規(guī)律表

參見圖4所示，圖4為本發(fā)明提供的一種超稀疏矩陣整流器控制框圖；其中，ipf補(bǔ)償指的是網(wǎng)側(cè)輸入功率因數(shù)補(bǔ)償，abc/dq為派克變換。輸入檢測電路用于通過傳感器獲取電網(wǎng)側(cè)電壓和電流，輸出檢測電路用于通過傳感器獲取超稀疏矩陣整流器的輸出電壓或輸出電流。

本發(fā)明提供了一種超稀疏矩陣整流器控制方法，在輸入滑模切換函數(shù)內(nèi)加入了對雙曲正切函數(shù)求積分的項，并且采用非線性的雙曲正切函數(shù)對傳統(tǒng)滑?？刂频幕？刂坪瘮?shù)進(jìn)行優(yōu)化?？梢岳斫獾氖?，采用積分滑?？刂?，相對傳統(tǒng)控制穩(wěn)態(tài)性能更好，具有良好的穩(wěn)態(tài)誤差，而雙曲正切函數(shù)為一種具有“小誤差放大，大誤差飽和”特點的非線性函數(shù)，在大的初始誤差或者是控制輸入受限時，雙曲正切函數(shù)作為一種連續(xù)函數(shù)在滑模切換函數(shù)中代替線性函數(shù)能夠有效抑制滑模抖振的情況出現(xiàn)，抖振抑制的效果好。

本發(fā)明還提供了一種超稀疏矩陣整流器控制裝置，參見圖5所示，圖5為本發(fā)明提供的一種超稀疏矩陣整流器控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。該裝置包括：

檢測模塊1，用于通過傳感器實時檢測電網(wǎng)側(cè)電壓和電流以及超稀疏矩陣整流器的輸出電壓或輸出電流；

誤差計算模塊2，用于令輸出電壓或輸出電流與參考電壓或參考電流作差處理，得到誤差值e及誤差變化率

調(diào)制系數(shù)計算模塊3，用于依據(jù)誤差值e及誤差變化率設(shè)計得到輸出滑模切換函數(shù)：其中，滑模系數(shù)c1、c2取值范圍分別為c1＞1/(2co)，c2＜1/(loco)；co和lo分別為輸出濾波器電容和電感參數(shù)；采用雙曲正切函數(shù)設(shè)計輸出滑?？刂脐P(guān)系式，依據(jù)輸出滑?？刂脐P(guān)系式計算得到調(diào)制系數(shù)m，輸出滑模控制關(guān)系式為：m＝mref+tanh(s1)σ；輸出滑?？刂频刃ы?imgfile="bda0001320355960000084.gif"wi="286"he="123"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>vim為網(wǎng)側(cè)電壓幅值；σ為滑模控制切換項；

無功計算模塊4，用于依據(jù)電網(wǎng)側(cè)電壓和電流計算無功功率參數(shù)q和電壓相位移α；

補(bǔ)償角計算模塊5，用于依據(jù)無功功率參數(shù)設(shè)計得到功率因數(shù)滑模切換關(guān)系式：為無功功率參數(shù)變化率，c3為正滑模系數(shù)；采用雙曲正切函數(shù)設(shè)計功率因數(shù)滑?？刂脐P(guān)系式，依據(jù)功率因數(shù)滑?？刂脐P(guān)系式計算得到補(bǔ)償角度功率因數(shù)滑?？刂脐P(guān)系式為：δ為補(bǔ)償角度抗擾量；功率滑?？刂频刃ы?imgfile="bda0001320355960000089.gif"wi="322"he="121"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>ωi為網(wǎng)側(cè)電壓頻率；rl為負(fù)載阻值；ci輸入濾波器電容參數(shù)；

空間矢量調(diào)制模塊6，用于采用電流空間矢量調(diào)制，依據(jù)調(diào)制系數(shù)m、補(bǔ)償角度和電壓相位移α確定各種開關(guān)組合對應(yīng)的矢量的作用時間，依據(jù)作用時間得到脈沖信號，驅(qū)動超稀疏矩陣整流器內(nèi)相應(yīng)雙向開關(guān)導(dǎo)通。

在一種具體實施例中，無功功率參數(shù)具體為瞬時無功功率q；無功計算模塊4具體包括：

無功功率計算單元，用于對電網(wǎng)側(cè)電壓和電流進(jìn)行派克變換，得到瞬時無功功率q；q＝usqisd-usdisq；

相位移計算單元，用于對電網(wǎng)側(cè)電壓和電流進(jìn)行克拉克變換，依據(jù)克拉克變換后的電壓usα、usβ和電流isα、isβ計算電壓和電流的正余弦值：

逆推得到

本發(fā)明提供了一種超稀疏矩陣整流器控制裝置，在輸入滑模切換函數(shù)內(nèi)加入了對雙曲正切函數(shù)求積分的項，并且采用非線性的雙曲正切函數(shù)對傳統(tǒng)滑?？刂频幕？刂坪瘮?shù)進(jìn)行優(yōu)化?？梢岳斫獾氖?，采用積分滑?？刂疲鄬鹘y(tǒng)控制穩(wěn)態(tài)性能更好，具有良好的穩(wěn)態(tài)誤差，而雙曲正切函數(shù)為一種具有“小誤差放大，大誤差飽和”特點的非線性函數(shù)，在大的初始誤差或者是控制輸入受限時，雙曲正切函數(shù)作為一種連續(xù)函數(shù)在滑模切換函數(shù)中代替線性函數(shù)能夠有效抑制滑模抖振的情況出現(xiàn)，抖振抑制的效果好。

本說明書中各個實施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

還需要說明的是，在本說明書中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其他實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。