一种双向隔离型AC-DC变换器控制方法技术

本发明专利技术提供了一种双向隔离型AC‑DC变换器控制方法，该控制方法包括：针对交流电源的工频周期ω

A control method of bidirectional isolated AC-DC converter

【技术实现步骤摘要】
一种双向隔离型AC-DC变换器控制方法
本专利技术涉及电力转换领域，更具体地涉及一种双向隔离型AC-DC变换器控制方法。
技术介绍
储能技术作为可再生能源和智能电网的技术支撑，将在电力系统中承担越来越重要的角色。作为电池储能系统使用的电力电子变换器，其基本要求是能实现双向AC-DC变换。双向隔离型AC-DC变换器，既可以实现能量的双向流动，又能实现电流隔离。不仅能够保证安全性，还有较高的功率密度。因此在电池储能系统、车辆并网(vehicletogrid，简称V2G)功能的实现以及电动车充电系统等多种场合都有广泛的应用。图1示出了一种双向隔离型AC-DC变换器100的拓扑结构。如图1所示，变换器100包括矩阵变换电路110、变压器120及全桥电路130。双向隔离型AC-DC变换器100是三相工频交流到单相高频交流AC-AC矩阵变换器110和单相高频交流到直流AC-DC全桥电路130的组合，不存在中间直流储能元件。因此，本拓扑结构不能解耦，矩阵变换电路110和全桥电路130不能单独控制，必须将双向隔离型AC-DC变换器100作为一个整体来考虑，使得对双向隔离型AC-DC变换器100的控制比较复杂且困难。由此，本专利技术提出一种针对双向隔离型AC-DC变换器的控制方法。
技术实现思路
根据本专利技术提供了一种双向隔离型AC-DC变换器控制方法，该双向隔离型AC-DC变换器包括矩阵变换电路、变压器及全桥电路，该控制方法包括：针对交流侧电源的工频周期ωs的每个扇区，根据当前扇区角θi计算第一占空比d1、第二占空比d2和零矢量占空比d0，其中，所述工频周期ωs根据交流侧幅值最大的线电压和幅值次大的线电压归属分为十二个扇区；根据当前扇区的幅值最大的线电压和幅值次大的线电压确定所述矩阵变换电路的输出电压幅值；根据与当前扇区角θi对应的第一占空比d1、第二占空比d2、零矢量占空比d0及与当前扇区对应的所述矩阵变换电路的输出电压幅值和开关状态的关系确定所述矩阵变换电路在该扇区的开关状态分布，根据所述矩阵变换电路在该扇区的开关状态分布控制所述矩阵变换电路的电子电力开关器件，以控制所述矩阵变换电路拟合输出电压uP，其中，电压uP包括正负对称有分段等比例移相的第一方波和第二方波，所述第一方波的脉冲宽度为d1Ts，幅值为所述幅值最大的线电压的幅值，所述第二方波的脉冲宽度为d2Ts，幅值为所述幅值次大的线电压的幅值，Ts为控制周期；根据与当前扇区角θi对应的第一占空比d1、第二占空比d2和零矢量占空比d0确定所述全桥电路的开关状态分布，根据所述全桥电路的开关状态分布控制所述全桥电路的电子电力开关器件，以控制所述全桥电路输出电压uS，其中，电压uS包括正负对称的第三方波和第四方波，所述第三方波的脉冲宽度为d1Ts且与所述第一方波同步，所述第四方波的脉冲宽度为d2Ts且与所述第二方波同步。示例性地，所述根据当前扇区角θi计算第一占空比d1、第二占空比d2和零矢量占空比d0包括：根据当前扇区角θi基于如公式(1)、公式(2)和公式(3)所示的占空比计算公式计算第一占空比d1、第二占空比d2和零矢量占空比d0，d0＝1-d1-d2K＝1-12(3)其中，K为扇区号，调制系数φ为移相角，对于整流模式，0＜φ≤π/2，Ii为所述矩阵变换电路的输入电流，Uo为所述全桥电路输出电压幅值，对于逆变模式，-π/2≤φ＜0，Ii为所述矩阵变换电路的输出电流，Uo为所述全桥电路输入电压幅值，电感L为所述矩阵变换电路的电感与所述变压器的等效电感的和，n为所述变压器的变比。示例性地，所述双向隔离型AC-DC变换器还包括交流侧滤波器和直流侧滤波器。本专利技术的控制方法通过对双向隔离型AC-DC变换器进行前级单重移相控制，即对前级矩阵变换电路采用双线电压调制和移相控制，给前级矩阵变换电路施加具有一定移相角度的驱动信号，使前级矩阵变换电路输出具有一定移相角度的方波电压，对全桥电路采用与前级的驱动信号相协调的互补控制，从而实现AC-DC能量变换。本专利技术的控制方法提高了电压利用率，更容易获得最大变换电压；交流侧功率因数接近于1，同时使得直流侧的输出电压纹波更小，输出电压更稳定；通过对移相角的极性进行控制，可以实现能量的双向传输，使得AC-DC双向变换控制更为简单。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。附图说明通过结合附图对本专利技术实施例进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。图1示出了根据本专利技术一个实施例的双向隔离型AC-DC变换器的拓扑结构示意图；图2示出了根据本专利技术一个实施例的双向隔离型AC-DC变换器控制方法的示意性流程图；图3示出了根据本专利技术一个实施例的交流侧三相电压波形示意图；图4示出了根据本专利技术一个实施例的交流侧十二扇区线电压波形示意图；图5示出了根据本专利技术一个实施例的整流模式下一个控制周期内前后级输出电压波形及开关状态分布的示意图；图6示出了根据本专利技术一个实施例的双向隔离型AC-DC变换器的拓扑等效电路示意图；图7示出了根据本专利技术一个实施例的整流模式下一个控制周期内电感电流和各相电流的示意图；图8示出了根据本专利技术一个实施例的第一占空比d1和第二占空比d2的仿真实验波形图；图9示出了根据本专利技术一个实施例的逆变模式下一个控制周期内前后级输出电压和开关状态分布的示意图；图10示出了根据本专利技术一个实施例的逆变模式下一个控制周期内电感电流和各相电流的示意图；以及图11示出了根据本专利技术另一个实施例的双向隔离型AC-DC变换器的拓扑结构示意图。具体实施方式为了使得本专利技术的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本专利技术的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是本专利技术的全部实施例，应理解，本专利技术不受这里描述的示例实施例的限制。本专利技术提出了一种针对双向隔离型AC-DC变换器100的控制方法。图1示出了根据本专利技术一个实施例的双向隔离型AC-DC变换器的拓扑结构示意图。如图1所示，变换器100包括矩阵变换电路110、变压器120及全桥电路130。矩阵变换电路110通过6组电子电力开关器件(SaP1，SaP2)、(SbP1，SbP2)、(ScP1，ScP2)、(SaN1，SaN2)、(SbN1，SbN2)、(ScN1，ScN2)控制，实现三相工频交流到单相高频交流的转换。全桥电路130通过4个电子电力开关器件S1、S2、S3、S4控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向隔离型AC-DC变换器控制方法，所述双向隔离型AC-DC变换器包括矩阵变换电路、变压器及全桥电路，其特征在于，所述控制方法包括：/n针对交流侧电源的工频周期ω

【技术特征摘要】
1.一种双向隔离型AC-DC变换器控制方法，所述双向隔离型AC-DC变换器包括矩阵变换电路、变压器及全桥电路，其特征在于，所述控制方法包括：
针对交流侧电源的工频周期ωs的每个扇区，根据当前扇区角θi计算第一占空比d1、第二占空比d2和零矢量占空比d0，其中，所述工频周期ωs根据交流侧幅值最大的线电压和幅值次大的线电压归属分为十二个扇区；
根据当前扇区的幅值最大的线电压和幅值次大的线电压确定所述矩阵变换电路的输出电压幅值；
根据与当前扇区角θi对应的第一占空比d1、第二占空比d2、零矢量占空比d0及与当前扇区对应的所述矩阵变换电路的输出电压幅值和开关状态的关系确定所述矩阵变换电路在该扇区的开关状态分布，根据所述矩阵变换电路在该扇区的开关状态分布控制所述矩阵变换电路的电子电力开关器件，以控制所述矩阵变换电路拟合输出电压uP，其中，电压uP包括正负对称有分段等比例移相的第一方波和第二方波，所述第一方波的脉冲宽度为d1Ts，幅值为所述幅值最大的线电压的幅值，所述第二方波的脉冲宽度为d2Ts，幅值为所述幅值次大的线电压的幅值，Ts为控制周期；
根据与当前扇区角θi对应的第一占空比d1、第二占空比d2和零矢量占空比d0确定所述全桥电路的开关状态分布，根据所述全桥电路的开关状...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅杨，刘子毓，鲁乔初，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11