CN109067304B - 一种模块化大功率高压电机驱动方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化大功率高压电机驱动方法及系统，所述电机驱动系统包括：三相交流电源、第一和第二Quasi‑Z源间接矩阵变换器模块以及空间矢量调制器。本发明实施例通过双Quasi‑Z源间接矩阵变换器模块，实现三电平输出电压，分别驱动开绕组电机的两端，适用于大功率高压电机系统。本发明实施例提出的电机驱动系统，具有结构简单、电压处理范围宽、效率高和抗干扰能力强的特点。

Description

一种模块化大功率高压电机驱动方法及系统

技术领域

本发明涉及电机驱动及控制技术领域，具体涉及一种模块化大功率高压电机驱动方法及系统。

背景技术

三电平和多电平技术由于使用低压、小功率器件也可实现高压、大功率输出，在大功率高压交流电机调速系统中一直有着广泛的应用。Quasi-Z源间接矩阵变换器结合了Quasi-Z源变换器和间接矩阵变换器的优点，在交流调速系统中体现出了独特的优势：1)输入侧不需要额外的LC滤波器，大大简化了系统的硬件结构；2)允许变换器中同一桥臂的两个开关管同时导通，而不损坏器件，降低了系统控制的复杂度，提高了系统的安全性；3)具有泵升电网电压的功能，改善电压增益，扩展了交流电机传动系统的调速范围；4)对电网电压跌落具有一定的穿越能力，即抗电网电压跌落干扰的功能，提高了交流电机调速系统的稳定性。因此，Quasi-Z源间接矩阵变换器在交流电机调速领域具有很好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块化大功率高压电机驱动方法及系统，用以解决如何利用Quasi-Z源间接矩阵变换器实现三电平电压输出以驱动大功率高压开绕组交流调速电机的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种模块化大功率高压电机驱动方法及系统，通过三相交流电源供电；将第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块分别连接在开绕组电机的绕组两端；对所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块进行脉冲宽度调制；生成三电平输出电压，驱动开绕组电机。

进一步地，所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块分别由嵌入Quasi-Z源网络的间接矩阵变换器形成，所述间接矩阵变换器包括前端整流单元和后端逆变单元。

进一步地，对所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块进行脉冲宽度调制的策略包括：对所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块都使用双空间矢量调制策略，即，对前端整流单元进行输入电流空间矢量调制，而对后端逆变单元进行输出电压空间矢量调制；前端整流单元的开关模式分为有效状态和零状态两个状态，当直通零矢量插入到前端整流单元的零状态时，三相交流电源短路而进行升压；后端逆变单元的开关模式也分为有效状态和零状态；计算得到在一个控制周期中的整流单元和逆变单元的空间矢量占空比；根据整流单元开关和逆变单元开关的开关模式和一个控制周期中的空间矢量占空比进行开关状态分配，控制所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的开关器件。

进一步地，在所述开关状态分配中，所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的前端整流单元的同一时间的输入电流空间矢量和空间矢量占空比完全一致；而为实现三电平输出电压，所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的后端逆变单元的电压空间矢量占空比一致，所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的后端逆变单元的同一时间的输出电压空间矢量之间相差180°。

进一步地，所述整流单元和逆变单元的空间矢量占空比的计算公式为：

其中，θ_i为整流单元输入电流空间矢量的夹角，m_i为整流单元调制因数，D为恒定直通占空比，const为常数；

其中，

θ_o为逆变单元输出电压空间矢量的夹角，m_o为逆变单元调制因数；

其中，通过空间矢量占空比d_α、d_β、d_0r、d_st并均按照先后时序在一个控制周期中对所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的前端整流单元进行输入电流空间矢量调制，通过空间矢量占空比d_α0i、d_αμ、d_αv、d_β0i、d_βμ、d_βv、d_0r和d_st并均按照先后时序在一个控制周期中对所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的后端逆变单元进行输出电压空间矢量调制。

进一步地，所述前端整流单元的输入电流空间矢量包括六个有效状态矢量I₁～I₆、三个零状态矢量I₇～I₉和六个直通零状态矢量I₁₀～I₁₅，六个有效状态矢量I₁～I₆将空间分成六个扇区I～VI，参考电流空间矢量I_ref落入任一扇区时，参考电流矢量I_ref都由所述扇区相邻的两个有效状态矢量I_a和I_b、一个零状态矢量I_Z和一个直通零状态矢量I_st合成，有效状态矢量I_a和I_b、零状态矢量I_Z和直通零状态矢量I_st分别通过空间矢量占空比d_α、d_β、d_0r和d_st来调制第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的整流单元开关S_xy的六个双向开关管S_ap、S_bp、S_cp、S_an、S_bn和S_cn以及Quasi-Z源网络开关S_x的三个双向开关管S_a、S_b和S_c的开关状态，所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的整流单元开关S_xy以及Quasi-Z源网络开关S_x的开关状态调制如下表所示：

扇区

I

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III

IV

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其中，所述前端整流单元的各个输入电流空间矢量与所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的整流单元开关S_xy以及Quasi-Z源网络开关S_x的开关状态之间的关系如下表所示：

其中，“1”表示开关接通，“0”表示开关断开。

进一步地，第一Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的所述后端逆变单元的输出电压空间矢量包括六个有效状态矢量U₁～U₆及两个零状态矢量U₇和U₈，六个有效状态矢量U₁～U₆将空间分成六个扇区I～VI，参考电压矢量V₁落入任一扇区时，参考电压矢量V₁都由两个有效状态矢量U_a和U_b以及两个零状态矢量U_Z1和U_Z2合成，有效状态矢量U_a通过占空比d_αμ和d_βμ，有效状态矢量U_b通过占空比d_αν和d_βν，零状态矢量U_z1通过占空比d_α0i和d_β0i，零状态矢量U_z2通过占空比d_0r和d_st，来调制第一Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的逆变单元开关S_Xy的六个单向开关管S_Ap、S_Bp、S_Cp、S_An、S_Bn和S_Cn的开关状态，第一Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的逆变单元开关S_Xy的开关状态调制如下表所示：

扇区

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其中，所述第一Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的后端逆变单元的各个输出电压空间矢量与所述第一Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的逆变单元开关S_Xy的开关状态之间的关系如下表所示：

其中，“1”表示开关接通，“0”表示开关断开。

进一步地，所述第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的后端逆变单元的输出电压空间矢量包括六个有效状态矢量U₁′～U₆′及两个零状态矢量U₇′和U₈′，六个有效状态矢量U₁′～U₆′将空间分成六个扇区I～VI，参考电压矢量V₁′落入任一扇区时，参考电压矢量V₁′都由两个有效状态矢量U_a′和U_b′以及两个零状态矢量U′_Z1和U′_Z2合成，有效状态矢量U_a′通过占空比d_αμ和d_βμ，有效状态矢量U_b′通过占空比d_αν和d_βν，零状态矢量U′_Z1通过占空比d_α0i和d_β0i，零状态矢量U′_Z2通过占空比d_0r和d_st，来调制第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的逆变单元开关S_Xy的六个单向开关管S_Ap、S_Bp、S_Cp、S_An、S_Bn和S_Cn的开关状态，第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的逆变单元开关S_Xy的开关状态调制如下表所示：

扇区

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所述参考电压矢量V₁与所述参考电压矢量V₁′之间相差180°；

其中，所述第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的后端逆变单元的各个输出电压空间矢量与所述第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的整流单元开关S_xy的开关状态之间的关系如下表所示：

其中，“1”表示开关接通，“0”表示开关断开；

所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的逆变单元开关S_Xy的开关状态调制均按照d_α0i、d_αμ、d_αv、d_β0i、d_βμ、d_βv、d_0r和d_st的前后时序进行。

本发明实施例还提供了一种模块化大功率高压电机驱动系统，所述电机驱动系统包括：三相交流电源、第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块以及空间矢量调制器，所述三相交流电源分别为第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块供电，所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块分别连接在开绕组电机的绕组两端，所述空间矢量调制器利用上述的策略分别对所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块进行脉冲宽度调制，生成三电平输出电压，驱动开绕组电机；其中，所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块分别由嵌入Quasi-Z源网络的间接矩阵变换器形成，所述间接矩阵变换器包括前端整流单元和后端逆变单元，所述Quasi-Z源网络包括6个电感L_a1、L_a2、L_b1、L_b2、L_c1和L_c2、6个电容C_a1、C_a2、C_b1、C_b2、C_c1和C_c2和由3个双向开关管S_a、S_b和S_c形成的Quasi-Z源网络开关S_x，所述前端整流单元的整流单元开关S_xy，x∈{a,b,c}，y∈{p,n}包括双向开关管S_ap、S_bp、S_cp、S_an、S_bn和S_cn，所述后端逆变单元的逆变单元开关S_Xy，X∈{A,B,C}，y∈{p,n}包括单向开关管S_Ap、S_Bp、S_Cp、S_An、S_Bn和S_Cn。

进一步地，所述三相交流电源与所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块之间嵌入升压变压器提高电源电压。

本发明具有如下优点：

本发明实施例公开了一种模块化大功率高压电机驱动方法及系统，通过双Quasi-Z源间接矩阵变换器模块，实现三电平输出电压，分别驱动开绕组电机的两端，适用于大功率高压电机系统。本发明实施例提出的电机驱动系统，具有结构简单、电压处理范围宽、效率高和抗干扰能力强的特点。

附图说明

图1为本发明公开的一个实施例的一种模块化大功率高压电机驱动系统的电路拓扑图。

图2为本发明公开的另一个实施例的一种模块化大功率高压电机驱动系统的电路拓扑图。

图3为本发明实施例公开的一种模块化大功率高压电机驱动方法的流程图。

图4为本发明实施例公开的一种模块化大功率高压电机驱动方法的第一或第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块以扇区I为例空间矢量占空比分配示意图。

图5为本发明实施例公开的一种模块化大功率高压电机驱动方法的第一或第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的前端整流单元的输入电流空间矢量合成示意图。

图6a为本发明实施例公开的一种模块化大功率高压电机驱动方法的第一Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的后端逆变单元电压空间矢量合成示意图；

图6b为本发明实施例公开的一种模块化大功率高压电机驱动方法的第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的后端逆变单元电压空间矢量合成示意图；

图6c为本发明实施例公开的一种模块化大功率高压电机驱动方法的第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的后端逆变单元电压空间矢量合成对比示意图。

图7为采用本发明实施例公开的一种模块化大功率高压电机驱动方法的电机转速仿真波形示意图。

图8为采用本发明实施例公开的一种模块化大功率高压电机驱动方法的电机转矩仿真波形示意图。

图9为采用本发明实施例公开的一种模块化大功率高压电机驱动方法的电机定子电流仿真波形示意图。

图10为采用本发明实施例公开的一种模块化大功率高压电机驱动方法的一相电压仿真波形示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

为了实现双Quasi-Z源间接矩阵变换器三电平电压输出以驱动大功率高压开绕组交流调速电机，参考图1，本实施例公开的一种模块化大功率高压电机驱动系统包括：三相交流电源01、第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03以及空间矢量调制器(图中未示出)，三相交流电源01分别为第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03供电，第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03分别连接在开绕组电机04的绕组两端，空间矢量调制器利用脉冲宽度调制策略分别对所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03进行脉冲宽度调制，生成三电平输出电压，驱动开绕组电机04；其中，第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03分别由嵌入Quasi-Z源网络05的间接矩阵变换器形成，间接矩阵变换器包括前端整流单元06和后端逆变单元07，Quasi-Z源网络05包括6个电感L_a1、L_a2、L_b1、L_b2、L_c1和L_c2、6个电容C_a1、C_a2、C_b1、C_b2、C_c1和C_c2和由3个双向开关管S_a、S_b和S_c形成的Quasi-Z源网络开关S_x，前端整流单元06的整流单元开关S_xy，x∈{a,b,c}，y∈{p,n}包括双向开关管S_ap、S_bp、S_cp、S_an、S_bn和S_cn，后端逆变单元07的逆变单元开关S_Xy，X∈{A,B,C}，y∈{p,n}包括单向开关管S_Ap、S_Bp、S_Cp、S_An、S_Bn和S_Cn。

进一步地，参考图2，若三相交流电源01的电压不足，则通过在三相交流电源01与第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03之间嵌入升压变压器08提高电源电压。

参考图3，本实施例公开的一种模块化大功率高压电机驱动方法包括：通过三相交流电源01供电；将第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03分别连接在开绕组电机04的绕组两端；对第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03进行脉冲宽度调制；生成三电平输出电压，驱动开绕组电机04。

进一步地，对第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03进行脉冲宽度调制的策略包括：对第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03都使用双空间矢量调制策略，即，对前端整流单元06进行输入电流空间矢量调制，而对后端逆变单元07进行输出电压空间矢量调制；前端整流单元06的开关模式分为有效状态和零状态两个状态，当直通零矢量插入到前端整流单元06的零状态时，三相交流电源04短路而进行升压；后端逆变单元07的开关模式也分为有效状态和零状态；计算得到在一个控制周期中的整流单元和逆变单元的空间矢量占空比；根据整流单元开关06和逆变单元开关07的开关模式和一个控制周期中的空间矢量占空比进行开关状态分配，控制第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03的开关器件。

进一步地，所述整流单元和逆变单元的空间矢量占空比的计算公式为：

其中，θ_i为整流单元输入电流空间矢量的夹角，mi为整流单元调制因数，D为恒定直通占空比，const为常数；

其中，

θ_o为逆变单元输出电压空间矢量的夹角，m_o为逆变单元调制因数；

其中，通过空间矢量占空比d_α、d_β、d_0r、d_st并均按照先后时序在一个控制周期T_s中对所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03的前端整流单元06进行输入电流空间矢量调制，通过空间矢量占空比d_α0i、d_αμ、d_αv、d_β0i、d_βμ、d_βv、d_0r和d_st并均按照先后时序在一个控制周期T_s中对第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03的后端逆变单元07进行输出电压空间矢量调制。

参考图4，在所述开关状态分配中，第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03的前端整流单元06的同一时间的输入电流空间矢量和空间矢量占空比完全一致；而为实现三电平输出电压，第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03的后端逆变单元07的电压空间矢量占空比一致，参考图6a-6c，第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03的后端逆变单元07的同一时间的输出电压空间矢量之间相差180°。

参考图5，第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03的前端整流单元06的输入电流空间矢量包括六个有效状态矢量I₁～I₆、三个零状态矢量I₇～I₉和六个直通零状态矢量I₁₀～I₁₅，六个有效状态矢量I₁～I₆将空间分成六个扇区I～VI，参考电流空间矢量I_ref落入任一扇区时，参考电流矢量I_ref都由所述扇区相邻的两个有效状态矢量I_a和I_b、一个零状态矢量I_Z和一个直通零状态矢量I_st合成，参考图4，以扇区I为例可知，有效状态矢量I_a和I_b、零状态矢量I_Z和直通零状态矢量I_st分别通过空间矢量占空比d_α、d_β、d_0r和d_st来调制第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03的整流单元开关S_xy的六个双向开关管S_ap、S_bp、S_cp、S_an、S_bn和S_cn以及Quasi-Z源网络开关S_x的三个双向开关管S_a、S_b和S_c的开关状态，第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03的整流单元开关S_xy以及Quasi-Z源网络开关S_x的开关状态调制如下表表1所示：

表1

扇区

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其中，前端整流单元06的各个输入电流空间矢量与第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03的整流单元开关S_xy以及Quasi-Z源网络开关S_x的开关状态之间的关系如下表表2所示：

表2

其中，“1”表示开关接通，“0”表示开关断开。

进一步地，参考图6a，第一Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02的后端逆变单元07的输出电压空间矢量包括六个有效状态矢量U₁～U₆及两个零状态矢量U₇和U₈，六个有效状态矢量U₁～U₆将空间分成六个扇区I～VI，参考电压矢量V₁落入任一扇区时，参考电压矢量V₁都由两个有效状态矢量U_a和U_b以及两个零状态矢量U_Z1和U_Z2合成，参考图4，以扇区I为例可知，有效状态矢量U_a通过占空比d_αμ和d_βμ，有效状态矢量U_b通过占空比d_αν和d_βν，零状态矢量U_z1通过占空比d_α0i和d_β0i，零状态矢量U_z2通过占空比d_0r和d_st，来调制第一Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的逆变单元开关S_Xy的六个单向开关管S_Ap、S_Bp、S_Cp、S_An、S_Bn和S_Cn的开关状态，第一Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的逆变单元开关S_Xy的开关状态调制如下表表3所示：

表3

其中，第一Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02的后端逆变单元07的各个输出电压空间矢量与第一Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02的逆变单元开关S_Xy的开关状态之间的关系如下表表4所示：

表4

其中，“1”表示开关接通，“0”表示开关断开。

进一步地，参考图6b，第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块03的后端逆变单元07的输出电压空间矢量包括六个有效状态矢量U₁′～U₆′及两个零状态矢量U₇′和U₈′，六个有效状态矢量U₁′～U₆′将空间分成六个扇区I～VI，参考电压矢量V₁′落入任一扇区时，参考电压矢量V₁′都由两个有效状态矢量U_a′和U_b′以及两个零状态矢量U′_Z1和U′_Z2合成，参考图4，以扇区I为例可知，有效状态矢量U_a′通过占空比d_αμ和d_βμ，有效状态矢量U_b′通过占空比d_αν和d_βν，零状态矢量U′_Z1通过占空比d_α0i和d_β0i，零状态矢量U′_Z2通过占空比d_0r和d_st，来调制第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块03的逆变单元开关S_Xy的六个单向开关管S_Ap、S_Bp、S_Cp、S_An、S_Bn和S_Cn的开关状态，第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块03的逆变单元开关S_Xy的开关状态调制如下表表5所示：

表5

参考图6c，所述参考电压矢量V₁与所述参考电压矢量V₁′之间相差180°；

其中，第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块03的后端逆变单元07的各个输出电压空间矢量与所述第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块03的逆变单元开关S_Xy的开关状态之间的关系如下表表6所示：

表6

其中，“1”表示开关接通，“0”表示开关断开；

参考图4，第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块02和03的逆变单元开关S_Xy的开关状态调制均按照d_α0i、d_αμ、d_αv、d_β0i、d_βμ、d_βv、d_0r和d_st的前后时序进行。

图7-图10是利用MATLAB/SIMULINK软件对本发明实施例所涉及的一种模块化大功率高压电机驱动方法及系统的仿真结果，输入电源电压的相电压幅值为220V，电机转速给定值设定为1430r/min，电机转矩保持在额定值26Nm。运行工况为：在0.6s时，电源电压幅值跌落15％，并维持到1s；在0.8s时，电机转速给定降低到800r/min，维持到1s。

图7-图9所示为电机输出波形示意图。由图7可见，当0.6s电源电压跌落时，Quasi-Z源网络将输入矩阵变换器的电压稳定在所需要的值，从而保证电机转速维持在1430r/min；由图8可见，电机转矩维持在26Nm；并且电机的定子三相电流保持稳定，如图9所示；当电机转速在0.8s降低到800r/min时，电机驱动系统不需要升高电源电压，则每个Quasi-Z源间接矩阵变换器模块都以传统间接式矩阵变换器运行，而维持系统稳定运行。这一系列电机波形示意图表明本发明实施例提出的电机驱动系统运行的可靠性与稳定性。

此外，图10为采用本发明实施例公开的一种模块化大功率高压电机驱动方法的一相电压仿真波形示意图。可见，其三电平电压输出，表明本发明实施例设计的空间电压矢量调制的正确性。

本发明实施例提供的一种模块化大功率高压电机驱动方法及系统，具有三电平输出电压，电机电流谐波低，电机效率高。模块变换器和电机绕组级联，采取低电压矩阵变换器器件驱动高电压电机，实现大功率高压应用；每个Quasi-Z源间接矩阵变换器模块独立运行，电压处理范围宽，改善电压增益，扩展了交流电机传动系统的调速范围；且输入侧都不需要额外的LC滤波器，简化系统结构，从而提高电机驱动系统的效率和性能。具有输入低电压穿越能力，即使输入电压跌落，电机运行不受影响。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种模块化大功率高压电机驱动方法，其特征在于，所述电机驱动方法包括：

通过三相交流电源供电；

将第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块分别连接在开绕组电机的绕组两端；

对所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块进行脉冲宽度调制；

生成三电平输出电压，驱动开绕组电机；

对所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块进行脉冲宽度调制的策略包括：

对所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块都使用双空间矢量调制策略，即，对前端整流单元进行输入电流空间矢量调制，而对后端逆变单元进行输出电压空间矢量调制；

前端整流单元的开关模式分为有效状态和零状态两个状态，当直通零矢量插入到前端整流单元的零状态时，三相交流电源短路而进行升压；

后端逆变单元的开关模式也分为有效状态和零状态；

计算得到在一个控制周期中的整流单元和逆变单元的空间矢量占空比；

根据整流单元开关和逆变单元开关的开关模式和一个控制周期中的空间矢量占空比进行开关状态分配，控制所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的开关器件。

2.根据权利要求1所述的一种模块化大功率高压电机驱动方法，其特征在于，所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块分别由嵌入Quasi-Z源网络的间接矩阵变换器形成，所述间接矩阵变换器包括前端整流单元和后端逆变单元。

3.根据权利要求2所述的一种模块化大功率高压电机驱动方法，其特征在于，在所述开关状态分配中，所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的前端整流单元的同一时间的输入电流空间矢量和空间矢量占空比完全一致；而为实现三电平输出电压，所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的后端逆变单元的电压空间矢量占空比一致，所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的后端逆变单元的同一时间的输出电压空间矢量之间相差180°。

4.根据权利要求3所述的一种模块化大功率高压电机驱动方法，其特征在于，所述整流单元和逆变单元的空间矢量占空比的计算公式为：

其中，θ_i为整流单元输入电流空间矢量的夹角，m_i为整流单元调制因数，D为恒定直通占空比，const为常数；

其中，

θ_o为逆变单元输出电压空间矢量的夹角，m_o为逆变单元调制因数；

其中，通过空间矢量占空比d_α、d_β、d_0r、d_st并均按照先后时序在一个控制周期中对所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的前端整流单元进行输入电流空间矢量调制，通过空间矢量占空比d_α0i、d_αμ、d_αv、d_β0i、d_βμ、d_βv、d_0r和d_st并均按照先后时序在一个控制周期中对所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的后端逆变单元进行输出电压空间矢量调制。

5.根据权利要求4所述的一种模块化大功率高压电机驱动方法，其特征在于，所述前端整流单元的输入电流空间矢量包括六个有效状态矢量I₁～I₆、三个零状态矢量I₇～I₉和六个直通零状态矢量I₁₀～I₁₅，六个有效状态矢量I₁～I₆将空间分成六个扇区I～VI，参考电流空间矢量I_ref落入任一扇区时，参考电流矢量I_ref都由所述扇区相邻的两个有效状态矢量I_a和I_b、一个零状态矢量I_Z和一个直通零状态矢量I_st合成，有效状态矢量I_a和I_b、零状态矢量I_Z和直通零状态矢量I_st分别通过空间矢量占空比d_α、d_β、d_0r和d_st来调制第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的整流单元开关S_xy的六个双向开关管S_ap、S_bp、S_cp、S_an、S_bn和S_cn以及Quasi-Z源网络开关S_x的三个双向开关管S_a、S_b和S_c的开关状态，所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的整流单元开关S_xy以及Quasi-Z源网络开关S_x的开关状态调制如下表所示：

扇区 I II III IV V VI I_a I₁ I₂ I₃ I₄ I₅ I₆ I_b I₂ I₃ I₄ I₅ I₆ I₁ I_z I₇ I₈ I₈ I₉ I₉ I₇ I_st I₁₁ I₁₄ I₁₂ I₁₅ I₁₀ I₁₃

其中，所述前端整流单元的各个输入电流空间矢量与所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的整流单元开关S_xy以及Quasi-Z源网络开关S_x的开关状态之间的关系如下表所示：

其中，“1”表示开关接通，“0”表示开关断开。

6.根据权利要求4所述的一种模块化大功率高压电机驱动方法，其特征在于，第一Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的所述后端逆变单元的输出电压空间矢量包括六个有效状态矢量U₁～U₆及两个零状态矢量U₇和U₈，六个有效状态矢量U₁～U₆将空间分成六个扇区I～VI，参考电压矢量V₁落入任一扇区时，参考电压矢量V₁都由两个有效状态矢量U_a和U_b以及两个零状态矢量U_Z1和U_Z2合成，有效状态矢量U_a通过占空比d_αμ和d_βμ，有效状态矢量U_b通过占空比d_αν和d_βν，零状态矢量U_z1通过占空比d_α0i和d_β0i，零状态矢量U_z2通过占空比d_0r和d_st，来调制第一Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的逆变单元开关S_Xy的六个单向开关管S_Ap、S_Bp、S_Cp、S_An、S_Bn和S_Cn的开关状态，第一Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的逆变单元开关S_Xy的开关状态调制如下表所示：

扇区 I II III IV V VI U_a U₁ U₂ U₃ U₄ U₅ U₆ U_b U₂ U₃ U₄ U₅ U₆ U₁ U_z1 U₇ U₈ U₇ U₈ U₇ U₈ U_z2 U₈ U₇ U₈ U₇ U₈ U₇

其中，所述第一Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的后端逆变单元的各个输出电压空间矢量与所述第一Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的逆变单元开关S_Xy的开关状态之间的关系如下表所示：

其中，“1”表示开关接通，“0”表示开关断开。

7.根据权利要求4所述的一种模块化大功率高压电机驱动方法，其特征在于，第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的所述后端逆变单元的输出电压空间矢量包括六个有效状态矢量U′₁～U′₆及两个零状态矢量U′₇和U′₈，六个有效状态矢量U′₁～U′₆将空间分成六个扇区I～VI，参考电压矢量V₁′落入任一扇区时，参考电压矢量V₁′都由两个有效状态矢量U′_a和U′_b以及两个零状态矢量U′_Z1和U′_Z2合成，有效状态矢量U′_a通过占空比d_αμ和d_βμ，有效状态矢量U′_b通过占空比d_αν和d_βν，零状态矢量U′_Z1通过占空比d_α0i和d_β0i，零状态矢量U′_Z2通过占空比d_0r和d_st，来调制第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的逆变单元开关S_Xy的六个单向开关管S_Ap、S_Bp、S_Cp、S_An、S_Bn和S_Cn的开关状态，第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的逆变单元开关S_Xy的开关状态调制如下表所示：

扇区 I II III IV V VI U'_a U'₁ U'₂ U'₃ U'₄ U'₅ U'₆ U'_b U'₂ U'₃ U'₄ U'₅ U'₆ U'₁ U'_z1 U'₇ U'₈ U'₇ U'₈ U'₇ U'₈ U'_z2 U'₈ U'₇ U'₈ U'₇ U'₈ U'₇

其中，所述第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的后端逆变单元的各个输出电压空间矢量与所述第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块的逆变单元开关S_Xy的开关状态之间的关系如下表所示：

其中，“1”表示开关接通，“0”表示开关断开。

8.一种模块化大功率高压电机驱动系统，其特征在于，所述电机驱动系统包括：三相交流电源、第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块以及空间矢量调制器，所述三相交流电源分别为第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块供电，所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块分别连接在开绕组电机的绕组两端，所述空间矢量调制器利用如权利要求3至7中任一所述的一种模块化大功率高压电机驱动方法分别对所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块进行脉冲宽度调制，生成三电平输出电压，驱动开绕组电机；其中，所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块分别由嵌入Quasi-Z源网络的间接矩阵变换器形成，所述间接矩阵变换器包括前端整流单元和后端逆变单元，所述Quasi-Z源网络包括6个电感L_a1、L_a2、L_b1、L_b2、L_c1和L_c2、6个电容C_a1、C_a2、C_b1、C_b2、C_c1和C_c2和由3个双向开关管S_a、S_b和S_c形成的Quasi-Z源网络开关S_x，三相交流电源的a相的输出端依次通过电感L_a1、双向开关管S_a、电感L_a2连接至所述间接矩阵变换器的前端整流单元输入端，三相交流电源的b相的输出端依次通过电感L_b1、双向开关管S_b、电感L_b2连接至所述间接矩阵变换器的前端整流单元输入端，三相交流电源的c相的输出端依次通过电感L_c1、双向开关管S_c、电感L_c2连接至所述间接矩阵变换器的前端整流单元输入端，电容C_a1一端连接至双向开关管S_a与电感L_a2之间，电容C_b1一端连接至双向开关管S_b与电感L_b2之间，电容C_c1一端连接至双向开关管S_c与电感L_c2之间，电容C_a1、C_b1、C_c1的另一端三者以Y型连接，电容C_a2一端连接至电感L_a1与双向开关管S_a之间，电容C_a2另一端连接至电感L_a2与整流单元负极之间，电容C_b2一端连接至电感L_b1与双向开关管S_b之间，电容C_b2另一端连接至电感L_b2与整流单元负极之间，电容C_c2一端连接至电感L_c1与双向开关管S_c之间，电容C_c2另一端连接至电感L_c2与整流单元负极之间；所述前端整流单元的整流单元开关S_xy，x{a,b,c}，y{p,n}包括双向开关管S_ap、S_bp、S_cp、S_an、S_bn和S_cn，所述后端逆变单元的逆变单元开关S_Xy，X{A,B,C}，y{p,n}包括单向开关管S_Ap、S_Bp、S_Cp、S_An、S_Bn和S_Cn。

9.根据权利要求8所述的一种模块化大功率高压电机驱动系统，其特征在于，所述三相交流电源与所述第一和第二Quasi-Z源间接矩阵变换器模块之间嵌入升压变压器提高电源电压。

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