[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

本發明公開了隔離型AC?DC矩陣變換器的網側功率因數和諧波抑制策略。包括以下步驟：首先，引入虛擬電容，不同負載下所產生的虛擬電容電流能完全或部分補償輸入濾波器導致的網側電壓與電流間相位差，使IAMC在網側單位功率因數狀態或最大可實現單位功率因數(MAPF)狀態下工作。其次，引入虛擬電阻，與濾波電容并聯構成有源阻尼控制，所產生的虛擬阻尼電流可在不增加額外損耗的條件下，有效減小網側電流的諧波。最后，將虛擬電容電流和虛擬阻尼電流均補償至參考電流上，計算出新的調制系數和相位角實現電流空間矢量和移相控制的協調控制策略。本發明能控制變換器的網側功率因數、減少了網側電流的諧波含量、抑制了直流側紋波，保證系統有良好的輸入輸出性能。

技術領域

本發明涉及高頻鏈矩陣整流領域，具體涉及一種隔離型AC-DC矩陣變換器及其網側功率因數控制和諧波抑制方法。

背景技術

PWM整流器具有網側電流正弦化程度高；網側功率因數可控；能量可以雙向流動；動態響應快等優點，但PWM整流器不能滿足設備所需電壓。若在PWM整流器的輸入側引入工頻變壓器，雖然可以滿足設備所需電壓，但會使得系統的體積、重量增大；硬件成本提高。因此，考慮將高頻變壓器引入PWM整流器中，不僅可使得變換器的輸出電壓范圍更大，實現輸入和輸出側的電氣隔離，而且可實現系統的高頻化，提高功率密度，達到減小變換器體積、重量以降低硬件成本的目的。常見的隔離型AC-DC變換器為兩級結構，前級為PWM整流器，后級為隔離型DC-DC變換器。由于此兩級結構的變換器中存在儲能環節，會降低系統的工作效率，并且兩級變換器需要分別進行調制和控制，變換器的控制復雜度增加。針對常規的兩級型隔離變換器存在的控制復雜和變換效率低等問題，亟需要變換級數少，控制簡單的拓撲實現隔離變換。隔離型AC-DC矩陣變換器是傳統三相-單相矩陣變換器與高頻鏈結合的新型功率變換器，具有良好的輸入輸出性能、功率轉換級數少、無需大容量儲能元件、能量可雙向流動和控制簡單等優點。目前，國內外學者對隔離型AC-DC矩陣變化器的研究主要在調制策略和常規閉環上，而對變換器的網側功率因數控制和諧波抑制的研究極少。

發明內容

本發明的目的在于提供一種關于隔離型AC-DC矩陣變換器的網側功率因數控制和諧波抑制方法。本發明提供了一種基于隔離型AC-DC矩陣變換器的電流空間矢量和移相控制的協調控制策略，結合系統調制策略，提出在三相-單相矩陣變換器輸入端引入虛擬電容，以消除輸入濾波器導致的網側電壓和網側電流間相位差，實現網側功率因數控制。同時，引入虛擬電阻，與濾波電容并聯構成有源阻尼控制，可在不增加額外損耗的條件下，有效減小網側電流的諧波。并考慮在輕負載情況下，根據電路結構計算出最大虛擬電容值，以產生最大虛擬電容電流，使變換器在最大可實現功率因數狀態下工作。

為實現上述目的，采用的技術方案為：

本發明所述隔離型AC-DC矩陣變換器拓撲由輸入LC濾波器、三相-單相矩陣變換器、高頻變壓器、H橋變換器、輸出LC濾波器及負載依次相連構成。

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兩側。