一种谐振型双向AC-DC变换器控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种谐振型双向AC

【技术实现步骤摘要】
一种谐振型双向AC
‑
DC变换器控制系统


[0001]本专利技术涉及电力转换
，更具体的，涉及一种谐振型双向AC
‑
DC变换器控制系统。

技术介绍

[0002]双向隔离型AC
‑
DC矩阵变换电路具有网侧功率因数可控、电能双向传输、功率密度高、电器隔离等特点。双向隔离型AC
‑
DC矩阵变换电路的传统方案是采用非隔离三相AC
‑
DC变换器与隔离型DC
‑
DC变换器的两级式拓扑方案，其特点是在两级之间需要解耦电容。双向隔离型AC
‑
DC矩阵变换电路的现有拓扑方案与传统方案相比，其消除了两级间的解耦电容和DC
‑
DC变换器，使得功率密度更高。
[0003]双向隔离型AC
‑
DC矩阵变换电路的调制策略主要是双线电压调制和电流空间矢量调制策略。双线电压调制策略是利用任意瞬间的两个线电压合成主电路的输出电压，这种调制策略抗干扰性较好，理论上输入电流与输入电压相位一致，使得输入侧实现单位功率因数，但该调制策略中功率因数无法调节。电流空间矢量调制的目的是将时域的三相瞬时输入电流合成为一个旋转的电流空间矢量，跟随三相输入电压矢量。电流空间矢量是运行轨迹为圆的旋转矢量，处于空间任意位置时，都可以由相邻的非零静止矢量来合成，这种调制方式使得输入侧得到较好的三相正弦电流，但低负载时THD会较高，直流侧动态响应低。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决现有技术中存在功率因数不可控的问题，提出了一种谐振型双向AC
‑
DC变换器控制系统，包括谐振型双向AC
‑
DC变换器、PI控制器；
[0005]对谐振型双向AC
‑
DC变换器执行虚拟直接功率控制策略，如下：
[0006]每个开关周期采集谐振型双向AC
‑
DC变换器的输入电压、输出电压和输出电流，将输出电压给定值和输出电压作差后经过PI控制器得到虚拟输出电压给定值，利用虚拟输出电压给定值、输出电压给定值、输入电压、输出电压和输出电流计算出占空比。
[0007]根据计算出的占空比对谐振型双向AC
‑
DC变换器的原边采用电流空间矢量调制策略，对谐振型双向AC
‑
DC变换器的副边采用移相协同调制策略，计算出谐振型双向AC
‑
DC变换器的功率因数。
[0008]本专利技术的工作原理如下：
[0009]本专利技术对谐振型双向AC
‑
DC变换器执行虚拟直接功率控制策略，计算出占空比，根据占空比对谐振型双向AC
‑
DC变换器的原边采用电流空间矢量调制策略；对谐振型双向AC
‑
DC变换器的副边采用移相协同调制策略；计算出与功率因素的表达式，通过控制表达式中的其他参数变化从而控制功率因素。
[0010]优选地，所述的谐振型双向AC
‑
DC变换器的拓扑结构包括依次连接的三相交流电源、网侧LC滤波器、矩阵变换电路、LCL谐振槽、高频变压器、H桥电路、输出滤波器、直流侧电源。
[0011]三相交流电源用于提供交流电压并释放或吸收能量；网侧LC滤波器用于滤除高频开关动作产生的高频电流谐波；矩阵变换电路将三相工频交流转换成单相高频交流；LCL谐振槽起到于能量缓冲作用；高频变压器起到输入输出的电气隔离和能量传输作用；H桥电路用于将高频交流电输换成直流；输出滤波器用于滤除输出电流中的高频谐波；直流侧电源用于提供直流电压并吸收或释放能量。
[0012]进一步地，原边指的是高频变压器的左边部分，副边指的是高频变压器的右边部分。
[0013]所述的矩阵变换电路包括由12个MOSFET管以共源极连接的形式构成的6组双向开关管S
ap
、S
bp
、S
cp
、S
an
、S
bn
、S
cn
。
[0014]S
ap
与S
an
共阴极连接，S
bp
与S
bn
共阴极连接，S
cp
与S
cn
共阴极连接。
[0015]所述的网侧LC滤波器的第一输出端分别与S
ap
、S
an
的阴极电性连接；网侧LC滤波器的第二输出端分别与S
bp
、S
bn
的阴极电性连接；网侧LC滤波器的第三输出端分别与S
cp
、S
cn
的阴极电性连接。
[0016]所述的H桥电路包括4个MOSFET管S1、S2、S3、S4。
[0017]高频变压器的第一输出端分别与S1、S2的阴极连接，高频变压器的第二输出端分别与S3、S4的阴极电性连接。
[0018]原边的双向开关管S
ap
、S
bp
、S
cp
、S
an
、S
bn
、S
cn
的开关方式由电流空间矢量调制策略所控制，移相协同调制策略指的是副边的4个MOSFET管S1、S2、S3、S4的开关顺序根据双向开关管S
ap
、S
bp
、S
cp
、S
an
、S
bn
、S
cn
的开关状态进行移相得到。
[0019]更进一步地，谐振型双向AC
‑
DC变换器的功率因数包括视在功率S、有功功率P、无功功率Q。
[0020]计算视在功率S、有功功率P、无功功率Q的方法如下：
[0021]通过矩阵变换电路的6个有效电流矢量，将空间均分为6个扇区；将三相交流电源的三相静止abc坐标系变化到两相静止αβ坐标系，得到两相静止αβ坐标系下电压参考矢量电流参考矢量向量
[0022]设矩阵变换电路输入三相交流电压u
a
、u
b
、u
c
；采用基波分析法对一个周期内受t
α
、t
β
控制的高频交流电压进行傅里叶级数展开并只取基波分量得V1；直流侧电源在桥臂之间引入内移相角，使高频变压器的副边产生占空比为d的电压，等效到高频变压器原边后得到等效后的电压，采用基波分析法对等效后的电压进行傅里叶级数展开并取基波分量得V2；通过KCL、KVL定律得到V1、V2对应的I1、I2；构成电流i
ma
、
‑
i
mb
、
‑
i
mc
，进行求平均得到三相电流i
a
、i
b
、i
c
；令i
a
、i
b
、i
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种谐振型双向AC
‑
DC变换器控制系统，其特征在于，包括谐振型双向AC
‑
DC变换器、PI控制器；对谐振型双向AC
‑
DC变换器执行虚拟直接功率控制策略，所述的虚拟直接功率控制策略如下：每个开关周期采集谐振型双向AC
‑
DC变换器的输入电压、输出电压和输出电流，将输出电压给定值和输出电压作差后经过PI控制器得到虚拟输出电压给定值，利用虚拟输出电压给定值、输出电压给定值、输入电压、输出电压和输出电流计算出占空比；根据计算出的占空比对谐振型双向AC
‑
DC变换器的原边采用电流空间矢量调制策略，对谐振型双向AC
‑
DC变换器的副边采用移相协同调制策略，计算出谐振型双向AC
‑
DC变换器的功率因数。2.根据权利要求1所述的一种谐振型双向AC
‑
DC变换器控制系统，其特征在于，所述的谐振型双向AC
‑
DC变换器的拓扑结构包括依次连接的三相交流电源、网侧LC滤波器、矩阵变换电路、LCL谐振槽、高频变压器、H桥电路、输出滤波器、直流侧电源；三相交流电源用于提供交流电压并释放或吸收能量；网侧LC滤波器用于滤除高频开关动作产生的高频电流谐波；矩阵变换电路将三相工频交流转换成单相高频交流；LCL谐振槽起到于能量缓冲作用；高频变压器起到输入输出的电气隔离和能量传输作用；H桥电路用于将高频交流电输换成直流；输出滤波器用于滤除输出电流中的高频谐波；直流侧电源用于提供直流电压并吸收或释放能量。3.根据权利要求2所述的一种谐振型双向AC
‑
DC变换器控制系统，其特征在于，原边指的是高频变压器的左边部分，副边指的是高频变压器的右边部分；所述的矩阵变换电路包括由12个MOSFET管以共源极连接的形式构成的6组双向开关管S
ap
、S
bp
、S
cp
、S
an
、S
bn
、S
cn
；S
ap
与S
an
共阴极连接，S
bp
与S
bn
共阴极连接，S
cp
与S
cn
共阴极连接；所述的网侧LC滤波器的第一输出端分别与S
ap
、S
an
的阴极电性连接；网侧LC滤波器的第二输出端分别与S
bp
、S
bn
的阴极电性连接；网侧LC滤波器的第三输出端分别与S
cp
、S
cn
的阴极电性连接；所述的H桥电路包括4个MOSFET管S1、S2、S3、S4；高频变压器的第一输出端分别与S1、S2的阴极连接，高频变压器的第二输出端分别与S3、S4的阴极电性连接；原边的双向开关管S
ap
、S
bp
、S
cp
、S
an
、S
bn
、S
cn
的开关方式由电流空间矢量调制策略所控制，移相协同调制策略指的是副边的4个MOSFET管S1、S2、S3、S4的开关顺序根据双向开关管S
ap
、S
bp
、S
cp
、S
an
、S
bn
、S
cn
的开关状态进行移相得到。4.根据权利要求3所述的一种谐振型双向AC
‑
DC变换器控制系统，其特征在于，谐振型双向AC
‑
DC变换器的功率因数包括视在功率S、有功功率P、无功功率Q；计算视在功率S、有功功率P、无功功率Q的方法如下：通过矩阵变换电路的6个有效电流矢量，将空间均分为6个扇区；将三相交流电源的三相静止abc坐标系变化到两相静止αβ坐标系，得到两相静止αβ坐标系下电压参考矢量电流参考矢量向量
设矩阵变换电路输入三相交流电压u
a
、u
b
、u
c
；采用基波分析法对一个周期内受t
α
、t
β
控制的高频交流电压进行傅里叶级数展开并只取基波分量得V1；直流侧电源在桥臂之间引入内移相角，使高频变压器的副边产生占空比为d的电压，等效到高频变压器原边后得到等效后的电压，采用基波分析法对等效后的电压进行傅里叶级数展开并取基波分量得V2；通过KCL、KVL定律得到V1、V2对应的I1、I2；构成电流i
ma
、
‑
i
mb
、
‑
i
mc
，进行求平均得到三相电流i
a
、i
b
、i
c
；令i
a
、i
b
、i
c
的值与电流参考矢量向量相等，并推广到电流矢量坐标系中的其它扇区N得到占空比根据三相电流i
a
、i
b
、i
c
与三相交流电压u
a
、u
b
、u
c
的关系计算出视在功率S、有功功率P、无功功率Q。5.根据权利要求4所述的一种谐振型双向AC
‑
DC变换器控制系统，其特征在于，矩阵变换电路共有9种有效开关状态，包括6个有效电流矢量I
ab
、I
ac
、I
bc
、I
ba
、I
ca
、I
cb
和3个零六点矢量I
aa
、I
bb
、I
cc
；六个有效电流矢量分别对应输出电压V
ab
、V
ac
、V
bc
、V
ba
、V
ca
、V
cb
。6.根据权利要求5所述的一种谐振型双向AC
‑
DC变换器控制系统，其特征在于，9种有效开关状态包括状态M1～M9；M1：S
ap
＝1、S
bp
＝0、S
cp
＝0、S
an
＝0、S
bn
＝1、S
cn
＝0，对应有效电流矢量为I
ab
；M2：S
ap
＝1、S
bp<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志忠，黄乔俊，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：