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专利号: 2018105292930
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种应用于AC-DC矩阵变换器的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、采用锁相环采集AC-DC矩阵变换器的三相输入电压,并对三相输入电压进行工作区间分配,并确定每个区间的最大幅值电压UP、最小幅值电压UM和中间幅值电压UN;

S2、根据每个区间的最大幅值电压UP、最小幅值电压UM和中间幅值电压UN计算高线电压Vn和低线电压Vm;

S3、在锁相环中计算电荷分析比例K;

S4、根据电荷分析比例K、高线电压Vn和低线电压Vm计算三相输入电压的等效直流电压Vin;

S5、采用负载电压采集单元采集AC-DC矩阵变换器后接的负载的电压Vo;

S6、比较Vin和Vo的大小,若Vin>Vo,则进入步骤S7,否则进入步骤S8;

S7、选择Buck模式对AC-DC矩阵变换器进行控制,在控制参数计算单元中计算控制时间参数,并生成开关控制信号,进入步骤S9;

S8、选择Boost模式对AC-DC矩阵变换器进行控制,在控制参数计算单元中计算控制时间参数,并生成开关控制信号,进入步骤S9;

S9、通过开关控制信号控制开关矩阵中各个开关的闭合与断开,从而实现对AC-DC矩阵变换器主电路的控制;

所述步骤S7具体为:

选择Buck模式对AC-DC矩阵变换器进行控制,Buck模式采用低线电压Vm、高线电压Vn以及0电压共同参与的组合方式完成激励,共分为六个工作过程:第1个工作过程采用高线电压Vn进行激励;第2个工作过程采用低线电压Vm进行激励;第3个工作过程采用0电压进行激励;第4个工作过程采用高线电压-Vn进行激励;第5个工作过程采用低线电压-Vm进行激励;

第6个工作过程采用0电压进行激励;

采用作工作状态平面图的方法得到Buck模式下各个工作过程的控制时间参数:以AC-DC矩阵变换器的谐振电容的电压VCr作为横轴,以AC-DC矩阵变换器的谐振电感的电流iLr及其特征阻抗Zr的乘积作为纵轴建立平面坐标系,在横轴上定义其中n为变压器变比;分别以O1,O2,O3为圆心,以R1,R2,R3为半径作相互连接的六段圆弧,分别对应表示Buck模式的六个工作过程;

根据工作状态平面图中的几何关系求解半径R1,R2,R3,具体公式为:其中Vcr1表示Buck模式下的谐振电容电压,计算公式为:其中Po为负载输出功率,T为谐振电路的谐振周期,Cr为谐振电容值;

根据半径R1,R2,R3计算前3个工作过程对应圆弧的相位角θ1,θ2,θ3,具体公式为:其中V1为第1个工作过程结束后的谐振电容电压,计算公式为:V2为第2个工作过程结束后的谐振电容电压,计算公式为:根据相位角θ1,θ2,θ3计算前3个工作过程的控制时间参数t1,t2,t3,具体公式为:其中ω为谐振电路的谐振频率, Lr为谐振电感值,Cr为谐振电容值;

设定第1个工作过程时间为t1,第2个工作过程时间为t2,第3个工作过程时间为t3,第4个工作过程时间为t1,第5个工作过程时间为t2,第6个工作过程时间为t3,生成开关控制信号;

所述步骤S8具体为:

选择Boost模式对AC-DC矩阵变换器进行控制,Boost模式采用低线电压Vm和高线电压Vn共同参与的组合方式完成激励,共分为六个工作过程:第1、2个工作过程均采用高线电压Vn进行激励;第3个工作过程采用低线电压Vm进行激励;第4、5个工作过程均采用高线电压-Vn进行激励;第6个工作过程采用低线电压-Vm进行激励;

采用作工作状态平面图的方法得到Boost模式下各个工作过程的控制时间参数:以AC-DC矩阵变换器的谐振电容的电压VCr作为横轴,以AC-DC矩阵变换器的谐振电感的电流iLr及其特征阻抗Zr的乘积作为纵轴建立平面坐标系,在横轴上定义其中n为变压器变比;分别以O1,O2,O3为圆心,以R1,R2,R3为半径作相互连接的六段圆弧,分别对应表示Boost模式的六个工作过程;

根据工作状态平面图中的几何关系求解半径R1,R2,R3,具体公式为:其中Vcr2表示Boost模式下的谐振电容电压,计算公式为:其中Po为负载输出功率,T为谐振电路的谐振周期,Cr为谐振电容值;

根据半径R1,R2,R3计算前3个工作过程对应圆弧的相位角θ1,θ2,θ3,具体公式为:其中V1为第1个工作过程结束后的谐振电容电压,计算公式为:V2为第2个工作过程结束后的谐振电容电压,计算公式为:根据相位角θ1,θ2,θ3计算前3个工作过程的控制时间参数t1,t2,t3,具体公式为:其中ω为谐振电路的谐振频率, Lr为谐振电感值,Cr为谐振电容值;

设定第1个工作过程时间为t1,第2个工作过程时间为t2,第3个工作过程时间为t3,第4个工作过程时间为t1,第5个工作过程时间为t2,第6个工作过程时间为t3,生成开关控制信号。

2.根据权利要求1所述的应用于AC-DC矩阵变换器的控制方法,其特征在于,所述步骤S1具体为:采用锁相环采集AC-DC矩阵变换器的三相输入电压ua、ub、uc,根据相对大小关系将其一个电压周期划分为12个工作区间,并确定每个工作区间的最大幅值电压UP、最小幅值电压UM和中间幅值电压UN,具体划分结果如下:区间1:uc>ua>ub,UP=ub,UM=ua,UN=uc;

区间2:ua>uc>ub,UP=ub,UM=uc,UN=ua;

区间3:ua>uc>ub,UP=ua,UM=uc,UN=ub;

区间4:ua>ub>uc,UP=ua,UM=ub,UN=uc;

区间5:ua>ub>uc,UP=uc,UM=ub,UN=ua;

区间6:ub>ua>uc,UP=uc,UM=ub,UN=ua;

区间7:ub>ua>uc,UP=ub,UM=ua,UN=uc;

区间8:ub>uc>ua,UP=ub,UM=ua,UN=uc;

区间9:ub>uc>ua,UP=ua,UM=ub,UN=uc;

区间10:uc>ub>ua,UP=ua,UM=ub,UN=uc;

区间11:uc>ub>ua,UP=uc,UM=ub,UN=ua;

区间12:uc>ua>ub,UP=uc,UM=ua,UN=ub。

3.根据权利要求1所述的应用于AC-DC矩阵变换器的控制方法,其特征在于,所述步骤S2中高线电压Vn的计算公式为:Vn=|UP-UN|

低线电压Vm的计算公式为:

Vm=|UP-UM|。

4.根据权利要求1所述的应用于AC-DC矩阵变换器的控制方法,其特征在于,所述步骤S3中电荷分析比例K的计算公式为:其中Q1和Q3分别为AC-DC矩阵变换器中谐振电流正半周和负半周从UN相流出的电荷量,Q2和Q4分别为AC-DC矩阵变换器中谐振电流正半周和负半周从UM相流出的电荷量。

5.根据权利要求1所述的应用于AC-DC矩阵变换器的控制方法,其特征在于,所述步骤S4中三相输入电压的等效直流电压Vin的计算公式为: