[發明專利]隔離型AC-DC矩陣變換器的網側功率因數和諧波抑制策略

在審

• 申請號: 202010427564.9
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111490684A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 鄧文浪;蔣娉平
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: H02M5/293
• 分類號: H02M5/293;H02M7/797;H02M1/42;H02M1/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種隔離型AC-DC矩陣變換器拓撲，其特征在于：所述變換器拓撲由三相電源、輸入LC濾波器、三相-單相AC-AC矩陣變換器、高頻變壓器、H橋變換器、輸出LC濾波器及負載組成。

2.根據權利要求1所述隔離型AC-DC矩陣變換器，其特征在于：所述三相-單相矩陣變換器由12組IGBT和二極管反并聯構成的雙向開關構成，其中兩個共發射極的IGBT構成雙向開關，二極管作為續流通道，形成一個橋臂，每兩個橋臂串聯形成一個變換支路；A相上橋臂由雙向開關Sap1和Sap2構成，A相下橋臂由雙向開關San1和San2構成；B相上橋臂由雙向開關Sbp1和Sbp2構成，B相下橋臂由雙向開關Sbn1和Sbn2構成；C相上橋臂由雙向開關Scp1和Scp2構成，C相下橋臂由雙向開關Scn1和Scn2構成。每條支路的上下橋臂的中間點和輸入LC濾波器相連，每條支路的上橋臂公共連接端以及下橋臂的公共連接端分別接在高頻變壓器原邊的兩側。

3.根據權利要求2所述隔離型AC-DC矩陣變換器，其特征在于，所述H橋變換器由4組IGBT和二極管反并聯構成的雙向開關構成，其中二極管作為續流通道；每個雙向開關作為一個橋臂，每兩個橋臂串聯形成一個變換支路；上橋臂S1和下橋臂S2這兩個雙向開關構成一個變換支路，上橋臂S3和下橋臂S4這兩個雙向開關構成另外一個變換支路。每條支路的上下橋臂的中間點和高頻變壓器的副邊相連，每條支路的上橋臂公共連接端以及下橋臂的公共連接端分別接在輸出側LC濾波電路的兩側，最后濾波電路接電阻負載。

4.根據權利要求1～3所述的隔離型AC-DC矩陣變換器網側功率因數和諧波抑制的控制方法，具體步驟包括：

1)正常負載情況下，虛擬電容電流與流過輸入電容的電流極性相反，計算流過虛擬電容器的電流。

2)采用濾波電容并聯虛擬電阻的有源阻尼法，計算虛擬電阻電流。

3)通過調制系數、輸出電流和輸入電壓相位角計算得到三相參考電流

4)虛擬電容電流和虛擬阻尼電流i_d補償至參考電流上，得到新的電流參考矢量

5)新的調制系數m_inew和相位角θ_inew表達式為：

6)根據新的調制系數m_inew和相位角θ_inew、以及H橋固定移相角的移相控制量，按照調制模式確定兩級開關矢量的配置、作用順序和時間分配，產生相應的IGBT雙向開關的驅動信號。

7)考慮在輕負載情況下，調制指數而輸出電壓應保持恒定，此時輸入功率因數角和輸入電流i_i不足以增大到實現網側單位功率因數。因此，隔離型AC-DC矩陣變換器在輕負載條件下，只能在最大可實現功率因數狀態下工作。

8)當變換器產生的虛擬電容值等于輸入電容值時，此時網側可以獲得單位功率因數；在輕負載情況下，變換器不能產生足以抵消輸入電容電流的虛擬電容電流時，以最大可實現功率因數運行。

5.根據權利要求4所述的隔離型AC-DC矩陣變換器網側功率因數和諧波抑制的控制方法，其特征在于，步驟1)虛擬電容電流計算：

其中，和表示第k次和第k+1次采樣時刻的電容電壓。根據虛擬電容器的電容值和式(18)計算得到經abc-αβ坐標變換，可以得到αβ坐標下虛擬電容電流和

6.根據權利要求4所述的隔離型AC-DC矩陣變換器網側功率因數和諧波抑制的控制方法，其特征在于，步驟2)虛擬電阻電流計算：

采用濾波電容并聯虛擬電阻的有源阻尼法，系統的傳遞函數為：

根據系統的參數和伯德圖分析，綜合考慮取虛擬電阻R_v＝10Ω時效果最佳，虛擬阻尼電流的表達式為：