避免幅值最大相直接切换的3-1MC开关序列优化的方法及装置

避免幅值最大相直接切换的3-1mc开关序列优化的方法及装置
技术领域
1.本说明书涉及电力变换领域，尤其涉及一种避免幅值最大相直接切换的3-1mc开关序列优化的方法及装置。


背景技术：

2.三相-单相矩阵变换器(3-1mc)是一种特殊的矩阵变换器拓扑结构，其能够实现三相交流电到单相交流电的交换，在以单相负载为主的小功率场合下，能够提高系统效率，允许能量的双向流动，因此，3-1mc是一个具有节能、环保优势的新型装置，有着巨大的研究价值和广泛的应用前景。
3.然而在实际应用中，由于输入输出是不对称结构，输出功率中的交流量在双向开关作用下耦合到输入侧，在输入侧引入含量较高的低频谐波，从而影响输入性能，无法实现输入侧的单位功率因数。


技术实现要素：

4.本说明书提供一种避免幅值最大相直接切换的3-1mc开关序列优化的方法及装置，以部分的解决现有技术存在的上述问题。
5.本说明书采用下述技术方案：
6.本说明书提供了一种避免幅值最大相直接切换的3-1mc开关序列优化的方法，包括：
7.获取输入电压矢量；
8.根据预先划分出的各次小扇区中输入电压矢量在各次小扇区中的位置，确定所述输入电压矢量对应的输入线电压的幅值；
9.响应于所述输入线电压的幅值小于预设的幅值范围，当监测到三相-单相矩阵变换器3-1mc中的设置开关器件处于开启或是关闭时，以所述输入线电压的幅值，调制所述3-1mc的输出侧以及补偿侧电压。
10.可选地，划分各次小扇区，具体包括：
11.以输入电压过零点为划分依据，划分出6个初始大扇区；
12.在所述6个初始大扇区中，确定出输入三相电压交点；
13.以所述三相电压交点为扇区划分依据，对所述6个初始大扇区进行划分，得到划分出的12个次小扇区。
14.可选地，当监测到三相-单相矩阵变换器3-1mc中的设置开关器件处于开启或是关闭时，以所述输入线电压的幅值，调制所述3-1mc的输出侧电压以及补偿侧电压，具体包括：
15.若所述输入电压矢量位于奇数次小扇区时，按照双空间矢量调制下有效矢量和零矢量作用时间之间的表达式，以所述输入线电压的幅值，调制所述3-1mc的输出侧电压以及补偿侧电压，其中，所述输入电压矢量位于奇数次小扇区时，有效矢量和零矢量作用时间之
间的表达式具体如下：
[0016][0017]
其中，t1～t6为各有效矢量作用时间；t0为零矢量作用时间；ts为开关周期，d
α
和d
β
分别为输入电压有效矢量u
α
和u
β
对应的占空比，dc为补偿侧电压对应的占空比，dm为输出侧电压对应的占空比。
[0018]
可选地，当监测到3-1mc中的设置开关器件处于开启或是关闭时，以所述输入线电压的幅值，调制所述3-1mc的输出侧电压以及补偿侧电压，具体包括：
[0019]
若所述输入电压矢量位于偶数次小扇区时，按照双空间矢量调制下有效矢量和零矢量作用时间之间的表达式，以所述输入线电压的幅值，调制所述3-1mc的输出侧电压以及补偿侧电压，其中，所述输入电压矢量位于偶数次小扇区时，有效矢量和零矢量作用时间之间的表达式具体如下：
[0020][0021]
其中，t1～t6为各有效矢量作用时间；t0为零矢量作用时间；ts为开关周期，d
α
和d
β
分别为输入电压有效矢量u
α
和u
β
对应的占空比，dc为补偿侧电压对应的占空比，dm为输出侧电压对应的占空比。
[0022]
本说明书提供了一种避免幅值最大相直接切换的3-1mc开关序列优化的装置，包括：
[0023]
获取模块，用于获取输入电压矢量；
[0024]
确定模块，用于根据预先划分出的各次小扇区中输入电压矢量在各次小扇区中的位置，确定所述输入电压矢量对应的输入线电压的幅值；
[0025]
调制模块，用于响应于所述输入线电压的幅值小于预设的幅值范围，当监测到3-1mc中的设置开关器件处于开启或是关闭时，以所述输入线电压的幅值，调制所述3-1mc的输出侧电压以及补偿侧电压。
[0026]
可选地，所述装置还包括：
[0027]
划分模块，用于以输入电压过零点为划分依据，划分出6个初始大扇区；在所述6个初始大扇区中，确定出输入三相电压交点；以所述三相电压交点为扇区划分依据，对所述6个初始大扇区进行划分，得到划分出的12个次小扇区。
[0028]
可选地，所述调制模块具体用于，若所述输入电压矢量位于奇数次小扇区时，按照双空间矢量调制下有效矢量和零矢量作用时间之间的表达式，以所述输入线电压的幅值，调制所述3-1mc的输出侧电压以及补偿侧电压，其中，所述输入电压矢量位于奇数次小扇区时，有效矢量和零矢量作用时间之间的表达式具体如下：
[0029][0030]
其中，t1～t6为各有效矢量作用时间；t0为零矢量作用时间；ts为开关周期，d
α
和d
β
分别为输入电压有效矢量u
α
和u
β
对应的占空比，dc为补偿侧电压对应的占空比，dm为输出侧电压对应的占空比。
[0031]
可选地，所述调制模块具体用于，若所述输入电压矢量位于偶数次小扇区时，按照双空间矢量调制下有效矢量和零矢量作用时间之间的表达式，以所述输入线电压的幅值，调制所述3-1mc的输出侧电压以及补偿侧电压，其中，所述输入电压矢量位于偶数次小扇区时，有效矢量和零矢量作用时间之间的表达式具体如下：
[0032][0033]
其中，t1～t6为各有效矢量作用时间；t0为零矢量作用时间；ts为开关周期，d
α
和d
β
分别为输入电压有效矢量u
α
和u
β
对应的占空比，dc为补偿侧电压对应的占空比，dm为输出侧电压对应的占空比。
[0034]
本说明书提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有控制程序，所述控制程序被处理器执行时实现上述避免幅值最大相直接切换的3-1mc开关序列优化的方法。
[0035]
本说明书提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的控制程序，所述处理器执行所述程序时实现上述避免幅值最大相直接切换的3-1mc开关序列优化的方法。
[0036]
本说明书采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
[0037]
在本说明书提供的避免幅值最大相直接切换的3-1mc开关序列优化的方法中，根据预先划分出的各次小扇区中输入电压矢量在各次小扇区中的位置，确定输入电压矢量对应的输入线电压的幅值，最后，响应于输入线电压的幅值小于预设的幅值范围，当监测到3-1mc中的设置开关器件处于开启或是关闭时，以输入线电压的幅值，调制合成3-1mc的输出侧电压以及补偿侧电压。
[0038]
从上述方法中可以看出，本说明书提供的调制方法总是先用幅值较小的输入线电压调制出输出侧电压以及补偿侧电压，从而能够有效地减少对幅值最大相直接调制引起的高频谐波。
附图说明
[0039]
此处所说明的附图用来提供对本说明书的进一步理解，构成本说明书的一部分，本说明书的示意性实施例及其说明用于解释本说明书，并不构成对本说明书的不当限定。在附图中：
[0040]
图1为现有技术中输出扇区划分方式的示意图；
[0041]
图2为本说明书提供的常规调制方法下的pwm开关状态与输出侧电压的示意图；
[0042]
图3为本说明书中一种避免幅值最大相直接切换的3-1mc开关序列优化方法的流
程示意图；
[0043]
图4为本说明书提供的一种新型输入扇区划分方式的示意图；
[0044]
图5a、5b为本说明书提供的一种pwm的开关状态与输出侧电压波形之间的示意图；
[0045]
图6为本说明书提供的一种避免幅值最大相直接切换的3-1mc开关序列优化的装置示意图；
[0046]
图7本说明书提供的一种对应于图3的电子设备的示意图。
具体实施方式
[0047]
为使本说明书的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书具体实施例及相应的附图对本说明书技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本说明书保护的范围。
[0048]
图1为现有技术中输出扇区划分方式的示意图。
[0049]
图1展示了扇区i～扇区vi共6个大扇区，这6个大扇区是以输入电压过零点为划分依据划分出的。而在此基础上，现有技术中所提的常规调制方法是将一个开关周期分为4段有效矢量作用时间片和1段零矢量作用时间片，即一个开关周期内有5个开关组合状态，其中零矢量选取的开关状态是与有效矢量之间切换的开关次数最少为依据。以输入与输出扇区均处于扇区i为例，则此时的pwm开关状态与输出侧电压波形图如图2所示。
[0050]
图2为本说明书提供的常规调制方法下的pwm开关状态与输出侧电压的示意图。
[0051]
由图2可知，输入与输出均位于扇区i时，输出侧电压uo分别由输入矢量和对应的线电压正向交替作用，当夹角θr∈[0，π/6]时，输入矢量作用下输出侧电压幅值为输入电压幅值最大相uab，在图2中切换点1位置处出现了由幅值最大相uab切换至零矢量的情况，当夹角θr∈(π/6，π/3]时，输入矢量作用下输出侧电压中会出现输入电压幅值最大相uac切换至零矢量的情况。上述调制方法下幅值最大相与零矢量之间的直接切换会导致系统高频谐波的增加。
[0052]
现有技术提供的3-1mc的常规调制方法，本质上是输入线电压对输出侧和补偿侧的调制，当输入位于扇区i，若夹角θr∈[0，π/6]，则输入矢量中幅值最大线电压为uab；若夹角θr∈(π/6，π/3]，则输入矢量中幅值最大线电压为uac。
[0053]
为避免幅值最大相的直接调制造成高频谐波的增加，本说明书提供了一种新型的调制方法，该方法在有效矢量调制合成输出侧电压时，根据两个输入线电压的大小交替调节，在开通和关断开关管时均先采用幅值较小的线电压来调节，然后再用较大的线电压，即，以先使用较小的线电压为开始，交替使用较小和较大的线电压进行调节，以减少最大线电压直接调制造成输出侧电压产生的高频谐波，进而提升输出侧性能。
[0054]
以下结合附图，详细说明本说明书各实施例提供的技术方案。
[0055]
图3为本说明书中一种避免幅值最大相直接切换的3-1mc开关序列优化的方法的流程示意图，包括以下步骤：
[0056]
s300：获取输入电压矢量。
[0057]
s301：根据预先划分出的各次小扇区中输入电压矢量在各次小扇区中的位置，确定所述输入电压矢量对应的输入线电压的幅值。
[0058]
在本说明书中，在获取到输入电压矢量后，可以进一步判断输入电压矢量对应的输入线电压幅值的大小，其中，输入线电压幅值的大小可以通过输入电压矢量在扇区的位置进行判断，因此需要对原有输入扇区i～扇区vi(即6个初始大扇区)作进一步的细分，其划分依据是在原有以过零点为划分依据基础上，增加输入三相电压交点作为扇区划分依据，则该方式下输入扇区可以划分成i-1～vi-2共12个次小扇区，新型扇区划分方式示意图如图4所示。
[0059]
图4为本说明书提供的一种新型输入扇区划分方式的示意图。
[0060]
从图4中可以看出，可以先以输入电压过零点为划分依据，划分出6个初始大扇区，即扇区i～扇区vi，此时得到的各初始大扇区，与现有技术中划分出的各扇区是相同的。而后，可以在各初始大扇区中，确定出输入三相电压交点，最后，以所述三相电压交点为扇区划分依据，对各初始大扇区进行划分，从而得到i-1～vi-2共12个次小扇区。
[0061]
s302：响应于所述输入线电压的幅值小于预设的幅值范围，当监测到3-1mc中的设置开关器件处于开启或是关闭时，以所述输入线电压的幅值，调制所述3-1mc的输出侧电压以及补偿侧电压。
[0062]
本发明的调制方法本质上是避免幅值最大相的直接调制，所以，可以将小于预设的幅值范围的输入线电压，用于调制3-1mc的输出侧电压以及补偿侧电压，具体是可以将幅值较小的线电压的调制时间分为两段，在这两段时间之间插入幅值最大的线电压，这样主要是避免3-1mc中设置的开关器件在导通和关断时均不会出现由零电压调制到最大线电压，以及由最大线电压调制到零电压情况的出现，从而减少最大线电压直接调制造成输出侧电压产生的高频谐波。
[0063]
具体的，在对输出侧电压进行调制的过程中，需要对有效矢量对应的时间片信号作进一步的调整。当输入电压矢量位于图4中的奇数次小扇区(即原有大扇区中左侧的小扇区)，如i-1时，则双空间矢量调制下的有效矢量和零矢量作用时间表达式，如式(5)所示。
[0064][0065]
其中，t1～t6为各有效矢量作用时间；t0为零矢量作用时间；ts为开关周期，d
α
和d
β
分别为输入电压有效矢量u
α
和u
β
对应的占空比，dc为补偿侧电压对应的占空比，dm为输出侧电压对应的占空比。
[0066]
当输入电压矢量位于偶数次小扇区(即原有大扇区中右侧的小扇区)，如i-2时，则双空间矢量调制下的有效矢量和零矢量作用时间表达式，如式(6)所示。
[0067][0068]
其中，t1～t6为各有效矢量作用时间；t0为零矢量作用时间；ts为开关周期，d
α
和d
β
分别为输入电压有效矢量u
α
和u
β
对应的占空比，dc为补偿侧电压对应的占空比，dm为输出侧电压对应的占空比。
[0069]
从上述两列公式中可以看出，本说明书提供的调制方法是将一个开关周期分为6段有效矢量作用时间片和1段零矢量作用时间片。以输入分别处于i-1和i-2扇区，输出处于i扇区为例，忽略输入lc滤波器的影响，则此时pwm的开关状态与输出侧电压波形如图5a，5b所示。与图2相比，本说明书提供的调制方法总是先用幅值较小的输入线电压调制出输出侧电压，从而能够有效地减少对幅值最大相直接调制引起的高频谐波。
[0070]
从上述方法中可以看出，基于上述方法下输出侧仍然能保持良好的静态性能，即，本说明书中提供的调制方法与现有技术的调制方法在输出侧电压中的基波含量相当。而本说明书提供的调制方法可以显著的减少常规调制方法带来的输入最大线电压对输出侧直接调制引起高频谐波，从而有效地降低了3-1mc中开关器件的损耗，提高了3-1mc中开关器件的使用寿命。
[0071]
以上为本说明书的一个或多个实施例提供的避免幅值最大相直接切换的3-1mc开关序列优化方法，基于同样的思路，本说明书还提供了相应的避免幅值最大相直接切换的3-1mc开关序列优化的装置，如图6所示。
[0072]
图6为本说明书提供的一种避免幅值最大相直接切换的3-1mc开关序列优化的装置示意图，具体包括：
[0073]
获取模块601，用于获取输入电压矢量；
[0074]
确定模块602，用于根据预先划分出的各次小扇区中输入电压矢量在各次小扇区中的位置，确定所述输入电压矢量对应的输入线电压的幅值；
[0075]
调制模块603，用于响应于所述输入线电压的幅值小于预设的幅值范围，当监测到
三相-单相矩阵变换器3-1mc中的设置开关器件处于开启或是关闭时，以所述输入线电压的幅值，调制所述3-1mc的输出侧电压以及补偿侧电压。
[0076]
可选地，所述装置还包括：
[0077]
划分模块604，用于以输入电压过零点为划分依据，划分出各6个初始大扇区；在所述6个初始大扇区中，确定出输入三相电压交点；以所述三相电压交点为扇区划分依据，对所述6个初始大扇区进行划分，得到划分出的12个次小扇区。
[0078]
本说明书还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有控制程序，所述控制程序被处理器执行时实现上述图3所述的方法。
[0079]
本说明书还提供了一种对应于图3的电子设备的示意结构图，如图7所示。在硬件层面，该电子设备包括处理器、内部总线、网络接口、内存以及非易失性存储器，当然还可能包括其他业务所需要的硬件。处理器从非易失性存储器中读取对应的控制程序到内存中然后运行，以实现上述图3所述的方法。当然，除了软件实现方式之外，本说明书并不排除其他实现方式，比如逻辑器件抑或软硬件结合的方式等等，也就是说以下处理流程的执行主体并不限定于各个逻辑单元，也可以是硬件或逻辑器件。
[0080]
以上所述仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。