[發明專利]一種應用于AC-DC矩陣變換器的控制系統及方法

有效

• 申請號: 201810529293.0
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108631622B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 張政權;羅集睿
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 何凡;李蕊

本發明公開了一種應用于AC?DC矩陣變換器的控制系統及方法，針對現有的AC?DC矩陣變換器的控制方法進行了改進，通過計算與調整控制時間參數的大小，實現了PWM調制，工作頻率固定，通過調節占空比改變輸出功率大小，一方面解決了脈沖密度調制帶來的濾波器設計的困難，另一方面由于采用了0電壓激勵，可以使用高頻器件，并可以進一步提高變換器的功率密度。

技術領域

本發明屬于AC-Link技術領域，具體涉及一種應用于AC-DC矩陣變換器的控制系統及方法的設計。

背景技術

目前采用AC-link(高頻交流鏈接)技術的AC-DC矩陣變換器主要由濾波器、開關矩陣、諧振電路、變壓器以及整流器組成，其結構如圖1所示。由于其無中間直流存儲環節，減少電能變換次數，將功率因數校正、諧波消除和功率調節高度集成，具有高效、高功率密度、高功率因數和低諧波的優點。目前對AC-DC矩陣變換器的控制方法采用脈沖密度調制(PDM)，導致輸出功率變化時，開關工作頻率變化范圍大，使得輸入和輸出濾波器設計困難，為了滿足要求必須按照最低頻率設計。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的AC-DC矩陣變換器的控制方法輸入和輸出濾波器設計困難的問題，提出了一種應用于AC-DC矩陣變換器的控制系統及方法。

本發明的技術方案為：一種應用于AC-DC矩陣變換器的控制系統，包括電網故障檢測單元、鎖相環、開關控制單元、控制參數計算單元、過溫過流檢測單元以及負載電壓采集單元。

其中，電網故障檢測單元與AC-DC矩陣變換器的三相輸入相連，用于實時檢測電網運行狀態，并在電網發生故障時向開關控制單元發送斷開信號。

過溫過流檢測單元與諧振電路的輸出端相連，用于測量諧振電路的電流和AC-DC矩陣變換器的溫度，并在過流或過溫時向開關控制單元發送斷開信號。

鎖相環與AC-DC矩陣變換器的三相輸入相連，用于檢測三相輸入電壓，進行工作區間分配，并根據三相輸入電壓和工作區間計算電荷分析比例K以及三相輸入電壓的等效直流電壓。

負載電壓采集單元與AC-DC矩陣變換器后接的負載相連，用于采集負載的電壓。

控制參數計算單元分別與鎖相環和負載電壓采集單元相連，用于根據三相輸入電壓的等效直流電壓、電荷分析比例K以及負載電壓計算控制時間參數，并生成開關控制信號。

開關控制單元分別與電網故障檢測單元、過溫過流檢測單元、控制參數計算單元以及AC-DC矩陣變換器的開關矩陣相連，用于根據電網故障檢測單元、過溫過流檢測單元或控制參數計算單元的開關控制信號控制開關矩陣中各個開關的閉合與斷開。

本發明還提供了一種應用于AC-DC矩陣變換器的控制方法，包括以下步驟：

S1、采用鎖相環采集AC-DC矩陣變換器的三相輸入電壓，并對三相輸入電壓進行工作區間分配，并確定每個區間的最大幅值電壓U_P、最小幅值電壓U_M和中間幅值電壓U_N。

S2、根據每個區間的最大幅值電壓U_P、最小幅值電壓U_M和中間幅值電壓U_N計算高線電壓V_n和低線電壓V_m。

S3、在鎖相環中計算電荷分析比例K。

S4、根據電荷分析比例K、高線電壓V_n和低線電壓V_m計算三相輸入電壓的等效直流電壓V_in。

S5、采用負載電壓采集單元采集AC-DC矩陣變換器后接的負載的電壓V_o。