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隔离型AC-DC矩阵变换器回流功率优化控制方法

隔离型AC-DC矩阵变换器回流功率优化控制方法

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作者：赵东东湘潭大学

学位级别：硕士

双向隔离型AC-DC矩阵变换器（Isolated AC-DC matrix converter,IAMC）具有能量双向流动、输入功率因数可控、传输效率高、无需直流侧储能环节、可靠性强等优点,在新能源发电系统、通信电源供电、电池储能系统中得到了广泛应用。以上应... 详细信息

双向隔离型AC-DC矩阵变换器（Isolated AC-DC matrix converter,IAMC）具有能量双向流动、输入功率因数可控、传输效率高、无需直流侧储能环节、可靠性强等优点,在新能源发电系统、通信电源供电、电池储能系统中得到了广泛应用。以上应用场合对于能量的传输效率有着较高的需求,然而,在系统实际运行过程中,当三相-单相矩阵变换器的输出电压与传输电感电流反向时,会导致回流功率问题,严重降低了IAMC的传输效率。因此,需要提出相应的控制算法来解决IAMC中的回流功率问题。本文首先简单介绍了矩阵变换器的研究背景与意义。阐述了有关回流功率控制方法的研究现状。随后详细说明了IAMC在两级协调调制策略下的工作原理,其中包括三相-单相矩阵变换器（three-phase to single-phase matrix converter,3-1MC）侧采用的双极性电流空间矢量（bipolar current space vector modulation,B-C-SVM）调制策略以及H（全）桥变换器侧采用的单移相（single-phase-shift,SPS）协调控制策略,对IAMC在SPS控制下的工作模态进行详细分析,说明了IAMC中回流功率的产生机理,并构建了在SPS控制下的功率模型。分析了IAMC在双重移相（dual-phase-shift,DPS）控制下的工作原理,并对该控制方式下的工作模态进行分析,在此基础上,推导了相应的功率模型。随后提出了一种基于IAMC的DPS控制方法,该控制方法可以做到:给定不同的直流电压U,利用所提控制方法可以得到此时满足回流功率为零时的最优内外移相比组合,当系统满足最优内外移相比时,基本可消除IAMC中的回流功率;当给定不同的外移相比时,利用该算法,可得到唯一确定的内移相比,当系统满足该内外移相比时,其回流功率基本消除。在Matlab中搭建了系统的仿真模型,通过仿真实验结果的对比分析,验证了所提方法的可行性。接下来对IAMC在三重移相（triple-phase-shift,TPS）控制下的回流功率问题展开研究,分析了IAMC在TPS控制下的工作原理,并对该控制方式下的工作模态进行分析,推导了回流功率模型,得到满足回流功率为零时的理论移相比组合,最后搭建了控制系统的仿真实验平台,仿真实验结果验证了该控制方式的优势。

关键词：隔离型AC-DC矩阵变换器传输电感回流功率两级协调调制移相控制

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