[發明專利]一種AC-DC串聯諧振矩陣變換器的控制方法

有效

• 申請號: 201410150879.8
• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN103929072A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 李偉;劉慶想;張政權
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02M7/12
• 分類號: H02M7/12
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德;王睿

1.一種AC-DC串聯諧振矩陣變換器的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

a.實時采集負載電壓V₀和三相電壓源的三相輸入相電壓u_a，u_b，u_c；

b.根據實時采集到的三相輸入相電壓u_a，u_b，u_c的相對大小關系，將每個輸入相電壓周期劃分為12個區間，每個區間內相電壓的極性和大小確定，且保持單調變化，所述12個區間具體為：

區間Ⅰ：u_a＞u_c＞u_b，U_P=u_a，U_M=u_c，U_N=u_b；

區間Ⅱ：u_a＞u_b＞u_c，U_P=u_a，U_M=u_b，U_N=u_c；

區間Ⅲ：u_a＞u_b＞u_c，U_P=u_c，U_M=u_b，U_N=u_a；

區間Ⅳ：u_b＞u_a＞u_c，U_P=u_c，U_M=u_a，U_N=u_b；

區間Ⅴ：u_b＞u_a＞u_c，U_P=u_b，U_M=u_a，U_N=u_c；

區間Ⅵ：u_b＞u_c＞u_a，U_P=u_b，U_M=u_c，U_N=u_a；

區間Ⅶ：u_b＞u_c＞u_a，U_P=u_a，U_M=u_b，U_N=u_c；

區間Ⅷ：u_c＞u_b＞u_a，U_P=u_a，U_M=u_b，U_N=u_c；

區間Ⅸ：u_c＞u_b＞u_a，U_P=u_c，U_M=u_b，U_N=u_a；

區間Ⅹ：u_c＞u_a＞u_b，U_P=u_c，U_M=u_a，U_N=u_b；

區間Ⅺ：u_c＞u_a＞u_b，U_P=u_b，U_M=u_a，U_N=u_c；

區間Ⅻ：u_a＞u_c＞u_b，U_P=u_b，U_M=u_c，U_N=u_a；

其中U_p幅值最大，U_M幅值最小；定義高線電壓U_j=|U_P-U_N|，低線電壓U_k=|U_P-U_M|；

c.采用低線電壓U_k、高線電壓U_j以及0電壓共同參與的組合方式完成激勵，即采用6過程的工作模式，諧振電流正半周和負半周均進行2次換流且均包含3個工作過程，正負半周激勵電壓的極性相反，具體為：第1個工作過程采用高線電壓U_j，第2個工作過程采用低線電壓U_k，第3個工作過程采用0電壓，第4個工作過程采用高線電壓-U_j，第5個工作過程采用低線電壓-U_k，第6個工作過程采用0電壓；假設在1-2工作過程中，從U_M相流出電荷量為Q₁,從U_N相流出電荷量為Q₂，在4-5工作過程中，流出U_M相的電荷量為Q₃,流出U_N相的電荷量為Q₄，根據電荷量精確分配的調制策略，在一個諧振電流半周期內，使不同相流出或流入的電荷量之比等于各自的相電壓絕對值之比，可得電荷分配比例：定義K=Q2Q1+Q2=Q4Q3+Q4,]]>則K=K11+K1;]]>

d.根據諧振電容電壓峰值uc_max和負載電壓V₀，獲取順序接入的高線電壓U_j、低線電壓U_k和0電壓中每個電壓需要接入的時間以及三個電壓的切換時間點,具體方法為：

根據串聯諧振變換器工作特性，以諧振電容電壓為橫軸、諧振電流i與特征阻抗Z的乘積值為縱軸構建平面直角坐標系，諧振電路特征阻抗其中Lr為諧振電感值，Cr為諧振電容值，假設諧振電流正半周的3個工作過程對應的軌跡為分別以O₁、O₂、O₃為圓心并分別以R₁、R₂、R₃為半徑的相連接的圓弧，連接點為P₁和P₂，激勵電壓分別為高線電壓U_j，低線電壓U_k和0電壓，定義O₁=U_j-V₀，O₂=U_k-V₀，O₃=-V₀，在電流正半周期內，假設第1和第2工作過程對應的諧振電容電壓變化量分別為Δuc₁和Δuc₂，Δuc₁和Δuc₂的比值與和這兩過程對應的電荷量Q₁和Q₂的比值相等，電容電壓峰值為uc_max，穩態工作時，諧振電容電壓正最大值與負最大值相等，因而在電流為0的開始時刻對應諧振電容起始電壓可定為-uc_max，設連接點P₁和P₂分別對應的橫坐標值為u₁和u₂，即u₁為第1過程結束后諧振電容電壓，u₂為第2過程結束后諧振電容電壓，通過公式：

R22-(u1-O2)2=R12-(u1-O1)2R32-(u2-O3)2=R22-(u2-O2)2R1=O1+ucmaxR3=ucmax-O3=R1-O1-O3]]>

前兩項可得：

(u1-O2)2-(u1-O1)2=R22-R12(u2-O3)2-(u2-O2)2=(R1-O1-O3)2-R22]]>

簡化后得：

u1=[R22-R12O1-O2+(O1+O2)]/2]]>

U2=[(R1-O1-O3)2-R22O2-O3+(O2+O3)]/2]]>

根據電荷分配約束條件：

K=Q2Q1+ΔQ2=CΔuc2C(Δuc2+Δuc1)=u2-u1ucmax+u2]]>

可得：

R2=(O2-O3)(ucmax2+O22+2O1ucmax)+2K(O2-O1)(O2-O3)ucmax-(1-K)(O2-O1)(ucmax2+O22-2O3ucmax)(O1-O3)+K(O2-O1)]]>

根據uc_max、O₁、O₂、O₃和K值可得到u₁和u₂的值；

u2=[(ucmax-O3)2-R22O2-O3+(O2+O3)]/2]]>

u₁＝(1-K)u₂-Kuc_max

設第一工作過程軌跡對應的弧度為θ₁、第二工作過程軌跡對應的弧度為θ₂、第三工作過程軌跡對應的弧度為θ₃，其對應的表達式分別為：

θ1=cos-1(O1-u1R1)]]>

θ2=cos-1(u1-O2R2)-cos-1(u2-O2R2)]]>

θ3=cos-1(u2-O3R3)]]>

根據θ=ωt，可得：第一工作過程結束時刻t₁＝θ₁/ω，第二工作過程結束時刻t₂＝(θ₁+θ₂)/ω，第三工作過程結束時刻t₃＝(θ₁+θ₂+θ₃)/ω；其中ω為諧振角頻率，可分別得到切換點時刻t₁、t₂和t₃；

e.根據工作時刻電網相電壓所處的區間以及需要輸出的電流方向，并根據步驟c所述的工作過程，分配對應的功率開關的開關狀態組合；

f.根據步驟d所得的三個電壓的切換時間點生成通用的時序控制信號，控制各工作過程之間的切換；

g.根據步驟f的控制完成三相相間的選擇和切換，判斷工作是否結束，若是，則退出，若否，則回到步驟a。