CN101632217B - 矩阵变换器空间矢量调制方法 - Google Patents

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Abstract

为了提供用于矩阵变换器的空间矢量调制方法，当进行载波比较时该方法对于三相只使用一个载波。所提供的方法是矩阵变换器空间矢量调制方法，在该方法中，矩阵变换器(3)的双向开关(SW1至SW9)从多相交流电源在空间矢量调制中被PWM控制。将对其使用虚拟间接空间矢量的切换模式变换成对其使用由五个矢量构成的直接变换空间矢量的切换模式。选择满足预定条件的变换切换模式中的任一个，并且使用在虚拟间接变换空间矢量和直接变换空间矢量之间的负荷关系公式，计算所选的切换模式的五个矢量的负荷。然后，基于计算的负荷PWM控制矩阵变换器。

Description

矩阵变换器空间矢量调制方法
技术领域
本发明涉及一种构造成得到多相输出的交流-交流直接变换装置(矩阵变换器)-该多相输出是从多相交流电源到任意电压或频率的变换，并且具体地说，涉及一种用于表示空间矢量-这些空间矢量的数值. 和相位分别在其输入和输出处时时刻刻在变化、和用于借助于选择的待使用的基矢量进行负荷计算的空间矢量调制方法。
背景技术
常规存在的这样一种矩阵变换器是变换装置，在该变换装置中，使用自-换相半导体元件的双向开关以高速变化以将单相或多相交流输入变换成具有任意电压或频率的电力，并且构造成如图1所示。
图1表示三相/三相矩阵变换器的基本构造。三相交流电源1经由电抗器和电容器构成的输入滤波器部2和由九个双向开关(SW1至SW9)构成的半导体功率变换部3连接到任意负载4上。九个双向开关SW1至SW9由18个反向阻断IGBT、诸如普通IGBT和二极管之类的半导体元件的组合等构成。尽管没有形成其详细构造方法的骨架，但能够在两个方向上供给功率或接收功率的切换元件构成上述九个双向开关。
应该注意，如图1所示，电源三相是RST相，并且输出三相是UVW相。
非专利文献1至4已经按常规描述了用于矩阵变换器的各种空间矢量调制方法。
由矩阵变换器代表的交流-交流直接变换装置是电压源功率变换器和电流源功率变换器的组合形式，并且是从交流到交流的直接功率变换装置，在该电压源功率变换器中，电源电压被PWM控制以产生其输出电压，在该电流源功率变换器中，输出负载电流被认为是电流源，并且PWM控制使其电源电流产生。为了由九个双向开关实现对于两个功率变换器的同时控制，相互控制彼此相关联(也就是说，提供限制条件，使得在其输入与其输出之间供给和接收的瞬时三相有效功率需要彼此一致)。
接下来，考虑到上述问题，这里将定义矩阵变换器的空间矢量。矩阵变换器的输出电压从交流电源电压产生，并且其输入电流在PWM方法中从交流负载电流产生。所以，与一般可得到的直流-交流变换装置(逆变器)的空间矢量不同，通过PWM控制可由矩阵变换器产生的瞬时空间矢量时时刻刻在波动。输出电压侧的空间矢量的瞬时空间矢量的波动取决于电源电压的相位和数值，该电源电压提供用于在PWM方法中的斩波的基础。输入电流侧的瞬时空间矢量依据输出负载电流的相位和数值而波动。
另外，矩阵变换器的切换模式需要给出这样的限制条件：(1)不发生电源短路和(2)不发生负载电流的断续。以上条款(1)提供防止由于电源短路而引起的过电流破坏的目的，并且以上条款(2)提供防止由于在感应负载的电感中存储的能量引起的过电压故障。考虑到这些条件，九个双向开关SW1至SW9的切换模式被限制为27种(33)组合。
如果将27种切换模式扩展到输入侧和输出侧处的静止αβ坐标系上时，这些切换模式可表现为表格1。
[表1]
Figure G2008800083257D00031
在表1中，空间矢量被划分成六组：简谐矢量组的简谐振荡矢量S1，每个矢量以30度的相位角的方向作为正轴；简谐振荡矢量S2，每个矢量以150度的相位角的方向作为正轴；简谐振荡矢量S3，每个矢量以270度的相位角的方向作为正轴；旋转矢量R1，每个矢量具有最大恒定长度并且沿逆时针方向旋转；旋转矢量R2，每个矢量具有相同的恒定长度并且沿顺时针方向旋转；及零矢量Z，每个矢量被固定在六边形的中心零点上。这些相应基矢量取决于输入电压的相位θ。换句话说，这些相应基矢量与输入电压的角速度ωi同步地波动。另外，每个基矢量的长度(六边形的数值)与输入线电压的数值相对应。
如以前描述的那样，由于瞬时空间矢量时时刻刻在变化，所以它们与相应相位同步地波动。当注意在静止αβ坐标系上的瞬时空间矢量的波动方向时，27种矢量可分类成18种简谐振荡矢量(在三个轴上的相应六种，并且相应相位关系是恒定的)、六种旋转矢量(在顺时针方向上三种、和在逆时针方向上三种，并且相应数值是恒定的)、及剩余的三种零矢量(在原点的位置处不可变)。
表1是以输出侧空间矢量为基准的27种模式的分类的例子。上述的空间矢量的这样一种基本概念从非专利文献4等已知。
非专利文献1和2描述了一种从直接考虑输入三相电压的状态和从期望的三相输出电压和三相输入电流的连接九个开关的方法(交流-交流直接变换方法)。其目的是，减少输出电压谐波，并且防止在输入最大电压相与输入最小电压相之间的开关变化。另外，对于降低功率损失和噪声减小是有效的。
非专利文献1和2已经提出，在常规交流/交流直接变换方法中在控制周期T内将如下条件添加到切换模式产生条件上。
1.禁止从输入最大电压相到最小电压相和从最小电压相到最大电压相的换相。
2.输入最小电压相未连接到输出电压指令的最大电压相上，并且输入最大电压相未连接到输出电压指令的最小电压相上。
图2表示上述条件添加到其上的输出电压和切换模式的例子。分别地，图2(a)表示其中输出电压指令值是高的情况，并且图2(b)表示其中输出电压指令值是低的情况(应该注意，图2(a)和2(b)指示当输入相电压R相＞S相＞T相并且输出指令值相电压U相＞V相＞W相的情况)。
作为产生上述切换模式的技术，可利用三角波比较方法，该方法是已经被常规和频繁地使用的简单技术。计算接通分别连接到矩阵变换器的输出的相应相上的三个开关的负荷，并且此后，对于相应输出相分开地进行载波比较，以确定脉冲输出持续时间。
在非专利文献3中描述的方法采纳一种方法，在该方法中，在通过常规虚拟间接调制方法计算负荷值之后，对于在非专利文献1中所描述的相应三相将计算的负荷值分开地扩展到载波比较(carriercomparison)，鉴于常规负荷计算基于直接交流/交流变换形式的事实、和直接交流/交流变换形式自然具有提供三相有效功率是恒定的这样一种条件的需要的负荷计算。
这种方法具有如下最大特征：尽管计算负荷的阶段是在虚拟间接调制方法中，但在三相分开比较之后得到与交流/交流直接变换调制方法相同的脉冲模式。
非专利文献3描述到，从电源电压检测值和输出电压指令得到在输入虚拟整流器处的空间矢量和在输出虚拟逆变器处的空间矢量，如图3中所示。同时，如图4中所示，得到输入和输出指令矢量的扇区信息和输入电源R、S、及T相和输出U-相、V-相、及W-相的数值关系信息。
这里应该注意，将解释扇区信息。输入电流指令和输出电压指令被三相至三相变换，以得到它们的相应瞬时空间指令矢量。另外，虚拟整流器和虚拟逆变器的切换组合定义如图3所示的相应空间矢量。在这时，诸如在图3中的空间中画出圆轨迹之类的指令矢量，即，分别提供三相正弦波电流和电压指令。这里，这些空间如图4中所示被分割。在图4(a)的输入电流空间矢量的情况下，当输入电流指令矢量的相位是从零度(0)至30度时，定义扇区1，并且当输入电流指令矢量的相位是从30度至60度时，定义扇区2。以相同方式，当在360度上继续空间分割时，根据相位可定义扇区1至12的十二个扇区。在输出电压指令矢量的情况下，可定义用于60度中的每一个的六个扇区。
从关于输入电流指令矢量的信息通过计算得到在输入整流器侧处用于构成输入电流指令矢量的基矢量IA、IB、和用于基矢量的负荷dA、dB每单位时间(控制周期)(参考非专利文献3的第二项)。
以相同方式，如图5中所示从关于输出电压指令矢量的信息，通过计算得到在输出侧待利用的基矢量VX、VY、和用于上述基矢量的负荷dX、dY。应该注意，分别地，在图5(a)中的Iin＊表示输入电流指令矢量，并且在图5(b)中的Vout＊表示输出电压指令矢量。
然后，输入侧负荷与输出侧负荷合成，从而可得到在图6中表示的矩阵变换器的切换模式和其负荷。关于输入和输出指令矢量的扇区信息、和通过输入和输出负荷的合成要被输出的矩阵变换器的切换模式如表格2中所示。
[表格2]
Figure G2008800083257D00061
使用如上所述得到的五个切换模式和负荷，再次执行到分别连接到输出相U、V、及W上的输入相R、S、及T的负荷的扩展。对于各相中的每一个，与输入电压最大相、输入电压中间相、输入最小相相关联的负荷以虚拟负荷之和的形式被导出。如此得到的负荷用于通过图7中表示的载波比较得到模式，以便提供输入电压的最小相→中间相→最大相→中间相→最小相。对于输出相的每一个得到的模式的合成可得到切换模式，这些切换模式与在非专利文献1和2中描述的那些相同。
非专利文献1：“PWM Control of Three-Phase to Three-PhaseMatrix Converter for Reducing Output Voltage Harmonics”byHiroshi Shimada and Takeharu Takeshita in Semiconductor PowerConversion Study Circle SPC-05-48(2005)。
非专利文献2：“Matrix Converter Control Using Direct AC/ACConversion Approach to Reduce Output Voltage Harmonics”byHakaharu Takeshita and Hiroshi Shimada in Electrical EngineeringSociety paper magazine D，Vol.126 No.6(2006)。
非专利文献3：“Improvement of Pulse Patten for Space VectorModulated Matrix Converter”by Kiichiro Yamamoto，KatsujiShinohara，and Tatsuya Mori in Semiconductor Power ConversionStudy Circle SPC-06-159(2006)。
非专利文献4：“A Study of Space Vector Modulation Methodfor Three-Phase to Three-Phase Matrix Converter”by Yugo Tadano，Shota Urushibata，Masakatsu Nomura，and Tadashi Ashikaga in amass meeting of Electrical Engineering Society Industrial applicationdepartment in Heisei 181-04-4(2006)。
发明内容
由本发明解决的问题
然而，由于在非专利文献1至3中描述的方法中，在脉冲产生和排列期间对于相应三相分开地执行载波比较，所以在扇区过渡的过渡时间处不能减少换相数量。
另外，在非专利文献1至3中描述的载波比较方法中，有多个例子，在这些例子中，比较结果被直接用作PWM脉冲。开发了一种样式，在该样式中，两个或更多个开关在扇区过渡时被同时操作。
此外，必要的是，通过对于载波比较分开地比较三个载波进行控制。
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种矩阵变换器空间矢量调制方法，在该方法中，当进行载波比较时只有单个载波被用于三个相，在其中切换模式被变化到其相邻扇区中的情况下减少换相数量，及两个或更多个开关不被同时操作。
解决问题的手段
根据在解决上述问题的权利要求1中描述的本发明，提供有一种矩阵变换器空间矢量调制方法，在该方法中，矩阵变换器的双向开关在空间矢量调制中被PWM控制，该方法包括：假定多相交流输出的线电压是在两相静止αβ轴上扩展的矢量的状态；将在存在输出电压指令值Vo＊的扇区中其相位滞后的简谐振荡矢量轴定义为X轴，并且将在扇区中其相位超前的简谐振荡轴定义为Y轴；假定在相应轴上的最大矢量XL、YL、中间矢量XM、YM、及最小矢量XS、YS、提供相电压的中间电压的零矢量Z、及在扇区中单一地存在的旋转矢量R，是基矢量；将对其使用虚拟间接空间矢量的切换模式变换成对其使用通过五个矢量的组合构成的直接变换空间矢量的其它切换模式；选择满足预定条件的变换切换模式中的任一个，以减少矩阵变换器的输入电流和/或其输出电压的谐波；从在虚拟间接空间矢量和直接变换空间矢量之间的负荷关系公式，计算在所选的切换模式中进行过渡的五个空间矢量的负荷；及基于计算出的负荷，进行用于双向开关的PWM控制。
根据在权利要求2中描述的本发明，预定条件包括：输入最小电压相未连接到输出电压指令的最大电压相上并且输入最大电压相未未连接到输出电压相的最小电压相上的条件；和要连接到输出相上的输入相从最大电压相到最小电压相和从最小电压相到最大电压相的变化被禁止的另一种条件。
根据在权利要求3中描述的本发明，使用表格执行负荷的计算，在该表格中，与对其使用直接变换五个空间矢量的切换模式相对应的负荷，表现在应用于对其使用虚拟间接空间矢量的切换模式的负荷中。
根据在权利要求4中描述的本发明，在当由输出电压指令值矢量和包围输出电压指令值矢量的简谐振荡矢量构成的区定义为扇区时、切换模式变化到在输入侧或输出侧处的相邻扇区中的情况下，不更新切换模式。
本发明的效果
(1)根据在权利要求1～4中描述的本发明，在载波比较中，对于三个相可以只使用一个载波。因而，可实现从常规三个的载波数量的显著减少。例如，与非专利文献1和2相比，可利用常规控制方法，并且直接变换方法固有的计算条件变得不必要。
(2)根据在权利要求3中描述的本发明，从表格可预先掌握最终切换信号的候选对象，作为已知条件。
(3)此外，根据在权利要求4中描述的本发明，在其中切换模式变化到相邻扇区的情况下，可减少换相数量，并且两个或更多个开关不被同时操作。
附图说明
[图1]可适用于本发明的矩阵变换器的基本构造图。
[图2]是表明通过常规方法的切换模式和输出电压的例子的解释图。
[图3]空间矢量的表示，图3(a)是输入虚拟整流器空间矢量图，并且图3(b)是输出虚拟空间矢量图。
[图4]空间矢量的输入侧扇区和输出侧扇区的定义例子的解释图。
[图5]输入电流指令矢量和输出电压指令矢量的图。
[图6]表示在基矢量和用于这些矢量的负荷之间的关系的解释图。
[图7]代表在常规例子中的载波比较的模式的解释图。
[图8]当矩阵变换器的输入相电压相位是15度时的输出电压空间矢量图。
[图9]在图8中的扇区1区域中的矢量图。
[图10]满足根据本发明的条件的切换模式的解释图。
[图11]代表根据本发明的载波比较的模式的解释图。
[图12]在一个扇区中的矢量图。
[图13]当执行根据本发明的控制时的输入和输出电压和电流波形图。
附图标记的解释
1...三相交流电源、2...输入滤波部、3...半导体电源变换部、4...负载。
具体实施方式
下文，交流-交流直接变换装置将被解释为矩阵变换器，在该矩阵变换器中双向开关被PWM控制。参照附图，将描述根据本发明的空间矢量调制方法的优选实施例。本发明不限于下面描述的优选实施例。
首先，将描述本发明的原理。在矩阵变换器中，从电源电压检测值和输出电压指令得到输入虚拟整流器侧空间矢量和输出虚拟逆变器空间矢量。另外，从电源电压检测值和输出电压指令得到输入电流指令矢量和输出电压指令矢量的扇区信息(输入扇区和输出扇区)和输入电源的R相、S相、及T相和输出相的U相、V相、及W相的数值关系。另外，从矢量信息和以前计算的虚拟间接变换负荷计算结果，可唯一地确定瞬时U-相、V-相、及W-相切换模式和待应用的负荷公式。此外，从在相应相位的负荷公式中的数值关系可唯一地确定在配置合成之后的切换模式的顺序。
所以，如果确定虚拟间接变换负荷、输入-和-输出扇区、及负荷计算公式的数值关系，则可使用例如表格可确定最终五个负荷和切换顺序。这些条信息可以用于将它们通过载波比较转换成时间信息。
(第一实施例)
以与在非专利文献3中描述的相同的方式使用常规交流/直流/交流虚拟间接变换方法，计算矩阵变换器的切换负荷。计算的虚拟间接变换切换模式使用伴随信息被变换成包括切换状态的直接变换的切换模式和负荷并且被重新配置，该切换状态不能在虚拟间接变换模式中被利用，该伴随信息例如是在其期间每单位控制时间进行按照切换模式的切换的负荷和扇区。
首先，下面将描述一种方法，在该方法中，在虚拟间接变换方法中得到的五个切换模式和它们的负荷被变换成在交流/交流直接变换方法中的切换模式和负荷。图8表示其中当输入相电压相位是15度时输出电压空间矢量以所有切换模式(27种方式)表现的例子。这里假定，虚拟间接变换空间矢量图中的输入电流指令存在于扇区1中，并且输出电压指令存在于扇区1(分别地，在输入相电压之间的数值关系指示R相＞S相＞T相，并且在输出指令相电压之间的数值关系指示U相＞V相＞W相)。
在这时选择的虚拟间接变换切换模式基于表格2是五个，为RTT、RRT、RSS、RRS、及SSS(RTT是指从最左位置按顺序连接到输出U、V、及W相上的输入相，并且指示其中从最左位置顺序地输入R相连接到输出U相上、输入T相连接到输出V相上、及输入T相连接到输出W相上的切换状态)。
上述的输入扇区1和输出扇区1的这样的状态指示在交流/交流直接变换空间矢量中在图8中表示的从A至B的区域。在这个区域中，存在代表vRTT、vRSS、vSTT、vRST、vSST、vRRS、vRRT、及vSSS的八个切换状态的矢量(输入中间电压相的vSSS被用于零矢量)。
在虚拟间接变换切换模式中得到的五个切换状态以来自八个矢量中的在图9(b)中表示的五个矢量表现(用于X轴和用于Y轴的相应三个简谐振荡矢量、零矢量、及旋转矢量)。这些矢量通过负荷被调节以构成输出指令矢量。根据本发明，除在虚拟间接变换矢量中得到的那些矢量之外的矢量被适当地用于构成输出指令矢量。因而，在虚拟间接变换方法中的切换模式可变换成在直接变换方法中的那些切换模式。
也就是说，在虚拟间接变换方法中得到的切换模式(瞬时空间矢量)基本上通过合成整流器+逆变器的切换模式而得到。不能使用其中输入三相分别连接到其它不同输出三相上的模式(与表格1中的组R1和R2相对应的模式)。这是因为输入整流器的三相连接到其上的直流链路(P、N)仅具有竖直两相(P相、N相)。另外，在一般的虚拟间接变换方法中，整流器侧被控制，以提供以相电压最大相作为基准的两-相调制。也就是说，整流器侧按照三相的线间在最大和第二大切换模式中被控制。例如，在图3(a)的情况下，线最大的RT和线第三大的RS被使用，但线第三大的ST不被使用。所以，在图9(a)中所示的交流/交流直接变换方法中使用的切换模式(SST、STT)不出现在图9(b)中所示的虚拟间接变换方法中的那些切换模式上。这里应该注意，在其中虚拟整流器侧被PAM控制的情况下，可利用ST。
这里，如果给出输入最小电压相未连接到输出电压指令的最大电压相上并且输入最大电压相未连接到输出电压指令的最小电压相上的这样一种条件，则唯一地确定初始切换模式和最终切换模式。在初始切换模式中，只有最大电压相连接到输出最大电压相上，并且输出中间电压相和最小电压相连接到输入最小电压相上。另外，在最终切换模式中，只有输出最小电压相连接到输入中间电压相上，并且输出最大电压相和中间电压相两者连接到输入最大电压相上。
如果这应用于上述例子，则切换模式在初始切换模式的情况下是STT，并且在最终切换模式的情况下是RRS。
当从八个空间矢量中选择构成指令矢量的五个空间矢量时，初始选择和最终选择指示空间矢量，使得指令空间矢量中的多个连接到最小电压相上且未连接到零矢量上，并且指令空间矢量中的多个连接到最大电压相上且未连接到零矢量上(在每一种情况下，按诸如T→S→R或R→T→S之类的顺序发生切换变化)。在上述例子中，最小电压相是T相，STT被选择，因为不能使用TTT，并且最大电压相是R且RRT被选择，因为不能使用RRR。
其次，当添加禁止连接到输出相上的输入相从最大电压相变到最小电压相和从最小电压相变到最大电压相的这样一种条件时，如图10所示指示切换模式的过渡。图10表示当输入相电压的数值关系是R相＞S相＞T相并且输出相电压的数值关系是U相＞V相＞W相时的关系。例如，STT是指输入S相、T相、及T相连接到输出U相、V相、及W相上。
其中，RTS、SRT、STS、及SRS的四个切换模式不满足U相＞V相＞W相的条件，并且由于是在与指令矢量相反的方向上产生的矢量，从而不使用。所以，从STT变化到RRS的切换模式总共五种方式(在图10中的右侧)。从五种方式切换模式中，可以选择这些模式中的任一种。
在每个输入扇区和输出扇区中建立切换模式的上述选择。在虚拟间接变换方法中的任意输入扇区和输出扇区的切换模式和交流/交流直接变换方法的切换模式表现在表3至表6中。
[表3]
Figure G2008800083257D00131
[表格4]
Figure G2008800083257D00132
[表格5]
Figure G2008800083257D00141
[表格6]
Figure G2008800083257D00142
接下来，将使用上述例子解释负荷变换。从在变换到交流/交流直接变换方法之后的五种方式的切换模式中(参照图10的右侧)，首先，下面将描述使用五种方式的切换模式之一(即，STT、SST、RST、RSS、及RRS)的负荷变换。
由于在变换成虚拟间接变换方法和变换成交流/交流直接变换方法之后的输出始终需要彼此相等，所以建立如下公式。
[公式1]
vSTT·da+vSST·db+vRST·dc+vRSS·dd+vRRS·de
＝vRSS·dAX+vRRS·dAY+vRTT·dBX+vRRT·dBY+vSSS·dZ    ........(a)
这里，应该注意，在公式(a)中的da、db、dc、dd、及de分别是vSTT、vSST、vRSS、vRSS、及vRRS的交流/交流直接变换矢量负荷。另外，在这些负荷中，建立在(b)中的如下两个公式。
[公式2]
1-dAX-dAY-dBX-dBY＝dZ
                        .........................(b)
da+db+dc+dd+de＝1
另外，当从公式(a)只抽取α-轴分量时，建立如下公式(e)、(f)、及(g)。
[公式3]
vSTTα·da+vSSTα·db+vRSTα·dc+vRSSα·dd+vRRSα·de
＝vRSSα·dAX+vRRSα·dAY+vRTTα·dBX+vRRTα·dBY    ........(e)
在公式(e)中，vRSSα、vRRSα、vRTTα、vRRTα、vSTTα、vSSTα、及vRSTα分别代表它们的矢量的α-轴分量(也就是说，例如，vRSSα＝|vRSS|，vRRSα＝|vRRS|·cos(π/3))。当公式(e)被进一变换时，提供公式(f)和(g)。
[公式4]
vSTTα·da+vSSTα·db+(vRSSα+vSSTα)·dc+vRSSα·dd+vRRSα·de
＝vRSSα·dAX+vRRSα·dAY+(vRSSα+vSTTα)·dBX+(vSSTα+vRRSα)·dBY    ........(f)
vSTTα·da+vSSTα·(db+dc)+vRSSα·(dc+dd)+vRRSα·de
＝vSTTα·dBX+vSSTα·dBY+vRSSα·(dAX+dBX)+vRRSα·(dAY+dBY)    ........(g)
当将公式(g)的两侧彼此比较时，得到如下公式(h)、(i)、(j)、及(k)。
[公式5]
da＝dBX         ........(h)
db+dc＝dBY      ........(i)
dc+dd＝dAX+dBX  ........(j)
de＝dAY+dBY     ........(k)
从公式(c)、(h)、(i)、及(k)，给出如下公式(h)、(l)、(m)、(n)、及(k)。
[公式6]
da＝dBX                   ........(h)
db＝1-dAX-2dBX-dAY-dBY    ........(l)
dc＝dAX+2dBX+dAY+2dBY-1   ........(m)
dd＝1-dBX-dAY-2dBY        ........(n)
de＝dAY+dBY               ........(k)
所以，通过简单加减确定当RTT、RRT、RSS、RRS、及SSS变换成STT、SST、RST、RSS、及RRS时的负荷。在剩余四种方式的切换模式的情况下，它们的负荷在变换之前能以负荷的加减形式被确定。
在其中负荷的相应变换被执行并且它们的结果指示不一致性(负荷的结果指示负值)的情况下，意味着，对应切换模式候选对象在变换之前不能得到等效输入和输出。所以，如果以后切换模式的负荷试图被变换，则从五种方式的切换模式搜索正确的切换模式。
将如此得到的交流/交流直接变换切换模式和其负荷与图11中所示的单个载波相比较。因而，可得到最终切换信号。三角波等可用作载波。在三角波的顶点处执行切换模式和其负荷的更新。
这里将解释从关于输入侧虚拟间接变换空间矢量的扇区信息和虚拟间接变换输出侧空间矢量的扇区信息确定切换模式和其负荷的表格。首先，在交流/交流直接变换输出电压空间矢量组中，指令矢量和存在于60度的扇区中并且由简谐振荡矢量构成的包围这个指令矢量的矢量被定义，如图12所示。在图12中表示的上述60度扇区中，单个旋转矢量始终存在于这个扇区中，并且假定是R。相位比指令矢量滞后并且按较大顺序具有瞬时值的矢量假定是XL、XM、及XS。相位比指令矢量超前并且按较大顺序具有瞬时值的矢量假定是YL、YM、及YS。从矢量之一选择零矢量Z，该零矢量Z由输入中间电压相构成。
从虚拟间接变换输入电流空间矢量和输出电压空间矢量的矢量如表格7中所示设置扇区样式。
[表格7]
扇区样式的定义
Figure G2008800083257D00171
当输入扇区是扇区1、4、5、8、9、及12时，如果输出扇区是扇区1、3、及5，或者当输入扇区是2、3、6、7、10、及11时，如果输出扇区是扇区2、4、及6，则定义扇区样式1(sm1)，并且当输入扇区是扇区2、3、6、7、10、及11时，如果输出扇区是扇区1、3、及5，则定义扇区样式2(sm2)。
在相应扇区样式中导出的在从虚拟间接变换切换模式变换到交流/交流直接变换切换模式之后的切换模式分别用于扇区样式中的每一个，如表格8所示。
[表格8]
5-矢量的选择模式
Figure G2008800083257D00181
根据表格8，五种每扇区样式、总共十种选择矢量的组合存在。表格3至6指示对于输入和输出扇区中的每一个扩展所有选择矢量。
如表格9所示唯一地确定从扇区样式1和2得到的切换模式的负荷。
[表格9]
负荷因数变换表格(提出的方法II)
Figure G2008800083257D00191
表格9的选择模式1至10与图8中表示的选择模式相对应。如果扇区样式是扇区样式1，则对应扇区的负荷在选择模式1至5中。如果扇区样式是扇区样式2，则对应扇区的负荷在选择模式6至10中。如从表格9认识到的那样的，上述负荷可按在虚拟间接变换负荷中得到的负荷的加减被表现。
当使用这种技术时的输入和输出电压波形和输入和输出电流波形如图13所示。图13(a)表示当输出电压指令值是低时的结果，并且图13(b)表示当输出电压指令值是高时的结果。图13(a)和13(b)中的每一个从其上部位置按顺序指示电源相电压、输入电流、输出线电压、及输出电流。
(第二实施例)
在这个实施例中，以如下方式执行切换模式和负荷的更新。如果当输入扇区变化+1或者输出扇区变化±1时切换模式被改变，则对应切换模式的初始值(在载波的下侧顶点附近要输出的切换模式)和其最终值(在载波的上侧顶点附近要输出的切换模式)中的任一个总是相同模式。
因此，在其中改变当更新切换模式时连接到输出相上的开关的情况下，上述更新被停止，并且以前模式被锁存并被再次输出。然后，通过更新在以后三角波的顶点之一处在以前时间还没有被更新的切换模式来防止当更新切换模式时的开关变化。应该注意，在其中输入扇区和输出扇区同时被改变的情况下，或者在其中扇区变化±2或更大的情况下，允许开关变化，并且执行在顶点之一处的中间开关变化。

Claims (4)

1.一种矩阵变换器空间矢量调制方法，在该方法中，矩阵变换器的双向开关在空间矢量调制中被PWM控制，该方法包括：
假定多相交流输出的线电压是在两相静止αβ轴上扩展的矢量的状态；
将在存在输出电压指令值Vo＊的扇区中其相位滞后的简谐振荡矢量轴定义为X轴，并且将在扇区中其相位超前的简谐振荡轴定义为Y轴；
假定在相应轴上的最大矢量XL、YL、中间矢量XM、YM、及最小矢量XS、YS、提供相电压的中间电压的零矢量Z、及在扇区中单一地存在的旋转矢量R，是基矢量；
将对其使用虚拟间接空间矢量的切换模式变换成对其使用通过五个矢量的组合构成的直接变换空间矢量的其它切换模式；
选择满足预定条件的变换后的切换模式中的任一个，以减少矩阵变换器的输入电流和/或其输出电压的谐波；
从在虚拟间接空间矢量和直接变换空间矢量之间的负荷关系公式，计算在所选的切换模式中进行过渡的五个空间矢量的负荷；以及
基于计算出的负荷，进行用于双向开关的PWM控制。
2.根据权利要求1所述的矩阵变换器空间矢量调制方法，其中，预定条件包括：输入最小电压相未连接到输出电压指令的最大电压相上并且输入最大电压相未连接到输出电压相的最小电压相上的条件；和要连接到输出相上的输入相从最大电压相到最小电压相和从最小电压相到最大电压相的变化被禁止的另一种条件。
3.根据权利要求1所述的矩阵变换器空间矢量调制方法，其中，使用表格执行负荷的计算，在该表格中，与对其使用直接变换五个空间矢量的切换模式相对应的负荷，表现在应用于对其使用虚拟间接空间矢量的切换模式的负荷中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的矩阵变换器空间矢量调 制方法，其中，在当由输出电压指令值矢量和包围输出电压指令值矢量的简谐振荡矢量构成的区定义为扇区时切换模式变化到在输入侧或输出侧处的相邻扇区中的情况下，不更新切换模式。 
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