双向隔离型AC-DC矩阵变换器控制策略研究

作     者：刘子毓 

作者单位：北方工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：梅杨;李方正

授予年度：2020年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：AC-DC矩阵变换器 移相控制 控制策略 性能分析 

摘      要：双向隔离型AC-DC矩阵变换器,既具有能量双向流动、输入输出电气隔离,功率密度高等优点,在储能系统中具有巨大的应用前景。但由于其结构复杂、器件数量众多且前后级电路耦合,使得其控制复杂,很难同时满足电网和负载的要求。对此,本文深入研究了双向隔离型AC-DC矩阵变换器的工作原理,提出两种新的协调控制策略。首先提出了一种后级单重移相控制策略,前级3-1矩阵变换电路采用双电压合成调制策略,后级全桥电路采用单重移相控制,为了对前后级进行协调,要保证前后两级输出电压分段同步。本文分析了在该控制策略下电感电流和网侧电流对应关系,据此推导得到脉冲宽度的表达式。后级单重移相控制策略能实现单位功率因数,且这种策略下变换器网侧电流谐波含量较低,具有良好的输入输出特性。然后提出了一种前级单重移相控制策略,前级3-1矩阵变换电路采用移相控制,后级全桥电路采用互补控制,并配合前级调节脉冲宽度,进行分段等比例协调控制。本文分析了前级单重移相控制策略下电感电流和网侧电流对应关系,并给出了脉冲宽度的计算方法。前级单重移相控制策略也能实现单位功率因数,和较好的输入输出特性。为了得到两种方法的适用范围和优缺点,本文从理论上分析了两种方法在不同工况下,电感电流峰峰值和电流应力的变化趋势。在仿真和实验中多次改变工况,得出在不同控制方法下电感电流峰峰值的变化趋势和最小电感电流峰峰值对应的工况,进而得出两种单重移相控制策略的适用范围。最后,仿真和实验结果表明,这两种控制策略都能协调前后级电路,实现能量的双向流动,保证网侧电流平衡正弦且谐波含量少,网侧电流与电网电压同相位,能够得到稳定的直流侧电压和电流,证明了这两种方法的正确性和有效性。