抑制AC/DC矩阵变换器输入不平衡影响的模拟阻抗控制方法技术

本发明专利技术公开了一种抑制AC/DC矩阵变换器输入不平衡影响的模拟阻抗控制方法。所公开的模拟阻抗控制方法，首先揭示了AC/DC矩阵变换器在修正静止坐标系下的外部特性，通过坐标系自适应修正策略、直流电流分解、模拟阻抗构造获得期望输入电流，最终采用空间矢量调制合成期望电流。该方法只需测量电容电压和直流电流，降低了系统的成本，一定程度上提高了系统的鲁棒性。此外，该方法不依赖输入滤波器参数，因此参数鲁棒性强，所提方法对其他三相AC/DC变换器的不平衡控制方法有指导作用。器的不平衡控制方法有指导作用。器的不平衡控制方法有指导作用。

【技术实现步骤摘要】
抑制AC/DC矩阵变换器输入不平衡影响的模拟阻抗控制方法


[0001]本专利技术属于交流电能变换装置
，涉及抑制AC/DC矩阵变换器输入不平衡影响的模拟阻抗控制方法。

技术介绍

[0002]三相电流型整流器是一种单级buck型变流器，具有短路保护可靠、可靠性高(不需要电解电容器)、直流电压调节范围宽、冲击电流有限等优点，因而在电动飞机、数据中心系统、燃料电池供电系统等领域具有广阔的应用前景。然而，三相电流型整流器只在输出电压的极性可以倒转的情况下实现双向功率流，从而限制了它在某些领域的应用。为了解决这个问题，提出了AC/DC矩阵变换器，其继承了矩阵变换器和电流型整流器的优势，可实现自然双向功率流、功率密度高，适用于V2G、交直流混合微电网和可再生能源发电等场合。
[0003]关于AC/DC矩阵变换器和电流型整流器，最具挑战性的问题是不平衡输入电压会导致变换器的输入电流极度恶化，甚至使得系统失控。针对AC/DC矩阵变换器，目前常用的输入不平衡下的控制方法如模型预测控制方案和改进的直接功率控制方法，可获得正弦输入电流和恒定直流电流，但需同时采样网侧电压、网侧电流、输入电容电压和直流电流，使用传感器数目多、成本高。

技术实现思路

[0004]针对以上问题，本专利技术提供了一种抑制AC/DC矩阵变换器输入不平衡影响的模拟阻抗控制方法，可以达到控制输入电流正弦和输出直流电流恒定的目的，解决了现有技术中使用传感器数目过多、以及参数依赖的问题，本专利抑制AC/DC矩阵变换器输入不平衡影响的模拟阻抗控制方法，其特征在于，在不平衡电压下能够得到正弦输入电流和恒定的直流电流；具体步骤如下，
[0005]1)揭示修正静止坐标系下AC/DC矩阵变换器的外部模拟阻抗特性；
[0006]即在修正静止坐标系中电流和电压关系能用差模电导和共模电导的关系表示，具体推导如下：
[0007]不平衡输入电压矢量表示为：
[0008][0009]在静止坐标系下面写成：
[0010][0011]在静止坐标系下旋转角度得到修正坐标系下的两相电压如下：
[0012][0013]可见修正坐标系下的电压u
′
α
和u
′
β
呈正交关系；
[0014]输入电流表示为：
[0015][0016]其中那么，瞬时输入有功功率和瞬时无功功率表示为：
[0017][0018]其中上标“c”表示为共轭，各变量分别为：
[0019][0020]为了使直流电流恒定、输入电流正弦，有功功率和无功功率平均值应保持恒定：
[0021][0022]根据以上四个约束联立四个方程组解得修正坐标系下正序电流和负序电流为：
[0023][0024]工作在单位功率因数下时满足Q
*
＝0，得到修正坐标系下满足控制要求的期望两相电流为：
[0025][0026]将修正坐标系的电压和电流相除得到如下模拟电导
[0027][0028]为了控制设计，定义共模电导G
com
和差模电导G
dif
分别为：
[0029][0030]则电流电压关系能重新表述与差模电导和共模电导的关系：
[0031][0032]2)通过坐标系自适应修正策略获取坐标旋转角度、状态观测器分解直流电流中脉动分量和构造期望阻抗算出期望电流信号；
[0033]21)获取修正坐标系，修正坐标系旋转角度的获取采用自适应角度校正策略，具体如下：
[0034]输入两路线电压信号经过3s/2s变换后，得到u
α
和u
β
，将静止两相电压u
α
和u
β
变换以到估计角为旋转角度的修正坐标系上的两相电压和
[0035][0036]定义实际初相角和估计初相角之差为角度误差信号将上式用实际初相角和误差初相角重新表示：
[0037][0038]为了抽取误差信号延迟和90度得到和延迟电压通过二阶双广义积分器SOGI得到，构造下式得到角度误差信号：
[0039][0040]通过PI控制器获得估计的旋转角度：
[0041][0042]22)所述有功功率和电流联系如下：、
[0043]动态直流电流表示为：
[0044][0045]式中，i
dc
和u
dc
分别为矩阵变换器的直流电流和输出电压，E为电源电压，两边同乘i
dc
得到输入输出功率的关系，且忽略变换器的损耗：
[0046][0047]式中，P
i
为输入功率，根据上一步揭示的在修正坐标系中电流和电压通过模拟电导联系；
[0048]计算输入功率：
[0049][0050]其中：
[0051][0052]在稳态时，电感损耗基本忽略，电流表示为：
[0053][0054]23)采用扩展状态观测器提取i
dc
的直流分量和交流分量，具体过程如下：
[0055]定义x1＝I
dc
，列写状态空间方程：
[0056][0057]其中，观测矩阵为：观测矩阵满秩，该系统能观；
[0058]设计扩张观测器：
[0059][0060]其中反馈矩阵L＝[L
1 L
2 L3]T
；
[0061]定义误差信号求得误差方程如下：
[0062][0063]其中：将Ac设计为Hurwitz矩阵，观测误差即收敛为0，也同时求得反馈矩阵L；
[0064]24)变换器外部特性共模电导和差模电导与有功功率的内在联系；
[0065]将输入功率用共模电导和差模电导表示如下：
[0066][0067]有功功率的直流量主要由共模电导G
com
决定，有功功率的交流量主要由差模电导G
dif
决定，也就阐述了共模电导G
com
与电流直流量I
dc
相关，差模电导G
dif
与电流交流量相关；
[0068]构造期望阻抗，达到控制输入电流正弦和输出电流恒定的目的，具体过程如下：
[0069][0070][0071]其中ρ
dif
和有功功率交流量正相关，它能通过一个中间变量E
dif
经过低通滤波器得到：
[0072][0073][0074]表明设计的ρ
dif
恰能反映有功功率交流量的变化，能够达到控制目的；
[0075]通过修正坐标系下的AC/DC矩阵变换器的外部特性能够计算出期望输入电流参考，具体过程如下：
[0076]首先根据修正坐标系下的输入电流和电导的约束关系计算出修正坐标系下的期望电流，然后借助坐标反变换求解出原静止坐标系下的期望输入电流，具体计算公式为：
[0077][0078]3)采用空间矢量调制合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.抑制AC/DC矩阵变换器输入不平衡影响的模拟阻抗控制方法，其特征在于，包括如下三个步骤：S1，揭示修正静止坐标系下AC/DC矩阵变换器的外部阻抗特性；S2，通过坐标系自适应修正策略获取坐标旋转角度、状态观测器分解直流电流中脉动分量和构造的模拟阻抗计算期望输入电流；S3，基于空间矢量调制策略合成期望输入电流。2.根据权利要求1所述的抑制AC/DC矩阵变换器输入不平衡影响的模拟阻抗控制方法，其特征在于，步骤S1中所述的修正静止坐标系下AC/DC矩阵变换器的输入电压和电流能用差模电导和共模电导的关系表示，具体推导如下：不平衡输入电压矢量为：在静止坐标系下面写成：在静止坐标系下旋转角度得到修正坐标系下的两相电压如下：可见修正坐标系下的电压u
′
α
和u
′
β
呈正交关系；输入电流表示为：其中那么，瞬时输入有功功率和瞬时无功功率表示为：其中上标“c”表示为共轭，各变量分别为：为了使直流电流恒定、输入电流正弦，有功功率和无功功率平均值应保持恒定：
根据以上四个约束联立四个方程组解得修正坐标系下正序电流和负序电流为：工作在单位功率因数下时满足Q
*
＝0，得到修正坐标系下满足控制要求的期望两相电流为：将修正坐标系的电压和电流相除得到如下模拟电导为了控制设计，定义共模电导G
com
和差模电导G
dif
分别为：则电流电压关系能重新表述与差模电导和共模电导的关系：3.根据权利要求1所述的抑制AC/DC矩阵变换器输入不平衡影响的模拟阻抗控制方法，其特征在于，步骤S2中所述的自适应角度校正策略用于获取修正坐标系的旋转角度，具体如下：输入两路线电压信号经过3s/2s变换后，得到u
α
和u
β
，将静止两相电压u
α
和u
β
变换以到估计角为旋转角度的修正坐标系上的两相电压和
定义实际初相角和估计初相角之差为角度误差信号将上式用实际初相角和误差初相角重新表示：为了抽取误差信号延迟和度得到和延迟电压通过二阶双广义积分器SOGI得到，构造下式得到角...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊文静，易书栋，林建亨，但汉兵，孙尧，粟梅，许国，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：