40]
[0041] 且有
[0042]
(2)
[0043] 式中，uab=ua_ub;uac=ua_uc;Ts為采樣周期；Tpd#Tc、dc分別為uab和uac在合 成直流輸出電壓時所作用的時間與相應的占空比，且有如下約束關系：
[0044] (3)
[0045] 為了滿足輸入側功率因數為1，應使輸入相電流與相電壓具有相同的相位角，則 有：
[0046]
[0047] 其中，k為常數。
[0048] 假設在一個采樣周期內虛擬整流器（1)直流側電流ipn的平均值為Ipn，方向如圖 2所示。由以上分析可得各相輸入電流用開關函數表示的關系：
[0049]
卜）
[0050] 利用各開關的占空比表示其開關狀態(tài)，可以得到輸入電流的平均值：
[0051]
<(>}
[0052] 由式（1)、（2)、⑷和（6)可求得
[0053]
(7)
[0054] 由式（1)和式（7)可得虛擬整流器⑴輸出的直流電壓局部平均值為
[0055]
(S)
[0056] 同理可得其他區(qū)間內的開關狀態(tài)和相應的占空比。
[0057] 對于虛擬逆變器（2)，根據輸出參考電壓矢量，把期望輸出相電壓劃分為10個扇 區(qū)，如圖5所示。在每個扇區(qū)內選擇相鄰兩個大矢量和兩個中矢量合成參考矢量，且無零矢 量參與。圖6表示參考電壓矢量Uraf位于其中某一扇區(qū)的合成狀態(tài)圖，其中Ual、Upl表示該 扇區(qū)內相鄰的兩個大矢量；IpUh表示該扇區(qū)內相鄰的兩個中矢量；Ua、Ue表示參考電壓 矢量U"f的分量；Θ為參考電壓矢量Uraf扇區(qū)角。
[0058] 由正弦定理可得：
[0059] (())
(10)
[0062] 由于Ua、UajPUani同向，U^Ujn和υΡηι同向，所以上式的矢量可用其模值來表示：
[0063] (Π) V ' . ， . Γ .1 - . . 1'廠，
- I. - ·.
[0064] 式中，(^和d和dΡηι分別為Ua^U 和UΡηι所被利用時間的占空比。
[0065]且有以下約束條件：
[0066]
(12)
[0067] 設Ua、Ue的作用時間為Τα、Τρ，則有下式成立：[0068]
(13) (1.4)
[0071]da、de分別為Ua、Ue的作用時間占空比，且有
[0072]
(15)
[0073] 為了方便分析，假設虛擬逆變器（2)輸入直流電壓IU亙定，U 和Ueni與 Ud。的關系為：
[0074]
(16：)
[0075]由式（9)、（11)、（14)、（15)和（16)可以求得當和&時，υα1、υρ1、υα，υpj乍 用的占空比：
[0076] (17) I V.-，
[0077] 根據以上對虛擬整流器（1)和虛擬逆變器（2)的分析，結合圖1和圖2將其對應 于三相-五相矩陣變換器中去。具體方法如下：
[0078]定義圖1中開關Sjk的開關函數為：
[0079]
(18)
[0080] 根據矩陣變換器的安全運行條件，可以得到如下約束條件：
[0081]Sja+Sjb+Sjc= 1，je{A，B，C，D，E} (19)
[0082]根據圖1和式（18)，三相-五相矩陣變換器的輸入電壓和輸出電壓之間的關系可 表示為：
[0083] (20)
[0084] 式中，。為開關函數矩陣。
[0085] 定義虛擬整流器（1)和虛擬逆變器（2)的開關函數：
[0086]
(21)
[0087] 根據矩陣變換器的安全運行條件，可以得到等效拓撲的開關函數的約束：
[0088]
(22)
[0089]定義p點和η點的電壓分別為u#Pun，則虛擬整流器⑴和虛擬逆變器⑵輸入 輸出關系為：
[0090]
(23) (24)
[0092] 式中TinJPT。分別為虛擬逆變器⑵和虛擬整流器⑴的開關函數矩陣。
[0093] 將式（24)代入式（23)可得：
[0094]
[0095] 式中T_q為等效拓撲結構的開關函數矩陣，由式（22)可知，T^中的每一行之和 為1，這與三相-五相矩陣變換器的開關函數矩陣!。（式（19))的行約束一致。對比式（20) 與式（25)，可以總結出三相-五相矩陣變換器與其等效拓撲開關函數之間的關系：
[0096]S]k=S]pSkp+S]nSkn (26)
[0097] 上式表明，三相-五相矩陣變換器的任一開關狀態(tài)均可以在其等效拓撲中找到與 其對應的開關組合。所以，可以把在等效拓撲上研究的調制方法根據式（26)
[0098] 表2虛擬整流器（1)二區(qū)間，虛擬逆變器（2) -扇區(qū)對應開關組合
[0099]
[0100] 對應到三相-五相矩陣變換器上。圖7列舉了其中一種等效開關狀態(tài)組合。
[0101] 不同開關組合在作用時產生的共模電壓大小不同。設用來合成虛擬整流器（1)輸 出直流電壓的兩個最大線電壓作用的時間分別為TjPTm，以虛擬整流器（1)在第二區(qū)間，虛 擬逆變器（2)在第一扇區(qū)為例，當采用傳統空間矢量調制時，對應的開關組合及順序如表2 所示，所對應的開關狀態(tài)如圖8所示，表2中開關組合作用時所對應的共模電壓瞬時值如下 式所示。由式（27)可以得到圖8中的共模電壓^的波形。
[0102]
[0103] 在上述基礎上，本發(fā)明采用了虛擬整流器（1)和虛擬逆變器（2)均無零矢量的調 制方法，仍以虛擬整流器（1)在第二區(qū)間，虛擬逆變器（2)在第一扇區(qū)為例，所對應開關組 合不包括零開關組合，即表2中的作用時間為T。的開關組合，其他均與表2中數據相同，其 開關狀態(tài)圖與共模電壓波形如圖9所示。
[0104] 為了驗證本發(fā)明調制方法的有效性，圖10給出了傳統空間矢量調制下的輸入電 壓和電流波形、負載電壓波形和電流波形及共模電壓波形；圖11給出了本發(fā)明調制方法下 的輸入電壓和電流波形、負載電壓波形和電流波形及共模電壓波形。從圖中可以看出共模 電壓降低了約27. 9%，保證了輸入輸出波形為正弦波，且輸入功率因數為1。
【主權項】
1. 一種抑制三相-五相矩陣變換器共模電壓的調制方法，它包括的內容有：由十五個 理想開關組成三相-五相矩陣變換器，所述十五個理想開關將三相輸入電源與五相負載相 連，其中任意一相負載通過其中的三個理想開關與三相輸入相連；其特征在于：應用間接 變換法，將三相-五相矩陣變換器等效為虛擬整流器（1)和虛擬逆變器（2)，對于虛擬整 流器（1)是將輸入相電壓劃分為六個區(qū)間，在每個區(qū)間內選擇兩個最大且極性為正的線電 壓來合成輸出直流電壓，并使輸出不含零電壓；對于虛擬逆變器（2)是應用空間電壓矢量 調制，虛擬逆變器（2)輸出的十個大矢量、十個中矢量和十個小矢量共劃分為十個扇區(qū)，在 每個扇區(qū)內僅選擇兩個大矢量和兩個中矢量來合成參考矢量；進而分別推導出虛擬整流器 (1)和逆變器⑵的開關調制式。2. 根據權利要求1所述一種抑制三相-五相矩陣變換器共模電壓的調制方法，其特征 在于：所述虛擬整流器（1)的開關調制式為：式中，療#為虛擬整流器⑴輸出的最大直流電壓局部平均值；u_x和uinud分別為三 相-五相矩陣變換器輸入線電壓的最大值和中間值；Uraf為輸出電壓合成的參考電壓矢量； υα和ue分別為uraf在所在扇區(qū)相鄰的矢量方向上的分量；υα1、υρ1和U分別為所在 扇區(qū)內相鄰的大矢量和中矢量，Ua、UPUαηι同向，UpUjn和υΡηι同向；TjPTm分別為輸 入線電壓U_x和uinud所對應虛擬整流器⑴理想開關的導通時間；Tal、Tjn、Ta，T^分 別為υα1、υρ1、υα，υ 作用時間，亦即υα1、υρ1、υα，υΡηι所對應逆變器⑵理想開關 的導通時間；Ts為調制周期。3. 根據權利要求2所述一種抑制三相-五相矩陣變換器共模電壓的調制方法，其特征 在于，包括以下步驟： 1) 用Uini表示三相-五相矩陣變換器輸入相電壓幅值；根據PWM調制原理，確定控制參 與合成所述虛擬整流器（1)輸出直流電壓的兩個輸入線電壓u_x和uinad所對應的兩組理 想開關導通的時間TjPTm;根據空間矢量調制原理，確定合成所述虛擬逆變器（2)參考電 壓矢量的兩個大矢量和兩個中矢量所對應理想開關的導通時間Tu、!^和T 傳統空 間矢量調制時，當五相輸出均連接到三相輸入相電壓中絕對值最大的一相時，共模電壓為 最大，且與三相-五相矩陣變換器輸入相電壓幅值Uini相等，此時，三相輸入相電壓中絕對值 最大的一相相連的五個理想開關均為閉合狀態(tài)；對應的電壓矢量為零電壓矢量； 2) 通過所述虛擬整流器（1)的開關調制式和虛擬逆變器（2)的開關調制式，合成三 相-五相矩陣變換器所述虛擬整流器（1)的輸出直流電壓和所述虛擬逆變器（2)的輸出電 壓參考矢量，在整個調制過程中沒有零電壓矢量參與； 3) 根據PWM和空間矢量調制原理，將三相-五相矩陣變換器虛擬整流器（1)輸入相電 壓和虛擬逆變器（2)輸出相電壓進行區(qū)間和扇區(qū)劃分，并根據三相-五相矩陣變換器虛擬 整流器⑴的輸入相電壓區(qū)間和虛擬逆變器⑵的輸出相電壓扇區(qū)，分別確定虛擬整流器 (1)和虛擬逆變器（2)處于導通狀態(tài)的理想開關，并選擇與之對應的三相-五相矩陣變換器 的十五個理想開關的驅動信號。
【專利摘要】本發(fā)明是一種抑制三相-五相矩陣變換器共模電壓的調制方法，應用間接變換法，將三相-五相矩陣變換器等效為虛擬整流器和虛擬逆變器，對于虛擬整流器是將輸入相電壓劃分為六個區(qū)間，在每個區(qū)間內選擇兩個最大且極性為正的線電壓來合成輸出直流電壓，并使輸出不含零電壓；對于虛擬逆變器是應用空間電壓矢量調制，虛擬逆變器輸出的十個大矢量、十個中矢量和十個小矢量共劃分為十個扇區(qū)，在每個扇區(qū)內僅選擇兩個大矢量和兩個中矢量來合成參考矢量；進而分別推導出虛擬整流器和虛擬逆變器的開關調制式。經驗證，本發(fā)明在保證輸入和輸出為正弦波，且輸入功率因數為1的前提下，可有效降低共模電壓27.9％。
【IPC分類】H02M1/32
【公開號】CN105305795
【申請?zhí)枴緾N201510640744
【發(fā)明人】王汝田, 母興軍, 楊金成, 陳酋鋒
【申請人】東北電力大學
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年10月6日