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专利号: 2021115684494
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:

1.一种基于交流链接的LLC谐振矩阵变换器的控制方法,其特征在于:所述控制方法包括:S1、将三相输入相电压划分为多个区间,并根据每个区间内相电压的大小关系对采集的三相输入相电压瞬时值Va、Vb、Vc进行配置,得到激励的高线电压Vn和低线电压Vm;

S2、根据电荷分配原理将高线电压Vn和低线电压Vm通过计算得到等效合成电压Vin;

S3、通过基波等效分析法得到LLC谐振矩阵变换器增益曲线,并结合谐振电流曲线得到升压和降压不同模式下的开关工作频率与谐振电容的电压值Vcr;

S4、计算高线电压Vn和低线电压Vm的工作时间,并根据各自的工作时间共同激励LLC谐振矩阵变换器;

S5、根据不同的区间三相输入相电压的差异和工作时间生成相应的PWM波,对开关矩阵的开关工作状态进行配置所述通过基波等效分析法得到LLC谐振矩阵变换器增益曲线,并结合谐振电流曲线得到升压和降压不同模式下的开关工作频率与谐振电容的电压峰值Vcr包括:根据基波等效分析法得到增益曲线 其中,其中

Lr为谐振电感,Lm为励磁电感,fr为谐振频率,fs为工作频率,Zr为谐振阻抗,Rac为等效负载;

根据LLC谐振矩阵变换器在升压和降压模式的谐振电流曲线,得到降压模式谐振电流有效值为 和升压模式谐振电流有效值为当谐振电流与励磁电感电流相等时,通过积分得到降压模式下谐振电容的电压值为和升压模式下谐振电容的电压值为 其中ωr为谐振角速度,Cr为谐振电容,V0为额定输出电压,n为变压器变比,R为负载,T为增益曲线所得工作周期,Tr为谐振周期;

所述计算高线电压Vn和低线电压Vm的工作时间,并根据各自的工作时间共同激励LLC谐振矩阵变换器包括:通过对LLC谐振矩阵变换器的微分方程求解,得到降压模式谐振电容的电压和电流的通解分别为Vcr=Vin‑sgn(ir‑im)nVo+(V‑Vin+sgn(ir‑im)nVo)cos(ωrt)+iZ1sin(ωrt),升压模式存在励磁电感参与谐振,此时谐振电容的电压和电流的通解分别为Vcr=Vin+(V′‑Vin)cos(ωt)+i′Z2sin(ωt),其中V、i为降压模式下的初始电压和初始电流,为谐振阻抗,V′、i′为升压模式下的初始电压和初始电流, 为共同谐振阻抗;

对于降压模式,根据通解的三角函数关系,在平面直角坐标系中以谐振电容电压为横坐标,谐振电流与谐振阻抗Z1的乘积为纵坐标构造状态平面图,绘制相应的轨迹图形,并根据轨迹图形中轨迹的弧度得到各部分的工作时间;

对于升压模式,根据通解的三角函数关系,在平面直角坐标系中构造状态平面图,绘制相应的轨迹图形,横坐标表示谐振电容电压,纵坐标表示谐振电流与谐振阻抗Z1的乘积和谐振电流与谐振阻抗Z2的乘积,根据谐振周期和共同谐振周期计算出各轨迹的工作时间;

所述根据轨迹图形中轨迹的弧度得到各部分的工作时间包括:分别以O1=Vn‑nV0、O2=Vm‑nV0、O3=‑Vn‑nV0为圆心,以r1、r2、r3为半径绘制轨迹图,并设定轨迹图形的第一部分初始电压为V1,第二部分初始电压为‑V4,第三部分初始电压为V2,结束电压为V3;

2 2 2

根据电荷分配原理得到 和轨迹图存在的函数关系为r1‑(V2‑O1) =r2‑(V2‑

2 2 2 2 2 2 2 2 2

O2) ,r3‑(V3‑O3) =r2‑(V3‑O2) ,r3‑(V4‑O3) =r1‑(V4+O1) ;

对函数关系进行求解得到

并根据谐振周期Tr和各轨迹的弧度得到各部分的工作时间为所述根据谐振周期和共同谐振周期计算出各轨迹的工作时间包括:分别以O1=Vn‑nV0、O2=Vm‑nV0、Vm为圆心,以r1、r2、r3为半径绘制轨迹图,并设定轨迹图形的第一部分初始电压为V1,第二部分初始电压为V2,第三部分初始电压为V3,结束电压为V4;

2 2 2

根据电荷分配原理得到 和轨迹图存在的函数关系为r1‑(V2‑O1) =r2‑(V2‑

2 2 2 2 2 2 2 2 2

O2) ,[r3‑(V3‑Vm) ]Z1=[r2‑(V3‑O2) ]Z2,[r3‑(V4‑Vm) ]Z1=[r1‑(V4+O1) ]Z2;

对函数关系进行求解得到

根据谐振周期Tr和共同谐振周期Tr′可以计算给出各轨迹的工作时间为

2.根据权利要求1所述的一种基于交流链接的LLC谐振矩阵变换器的控制方法,其特征在于:所述步骤S1中将三相输入相电压划分为12个区间,每个区间的高线电压Vn和低线电压Vm的设置为:区间1:Va≥0,Vb<0,Vc≥0,Va

区间2:Va≥0,Vb<0,Vc≥0,Va>Vc,VH=Vb,VM=Vc,VL=Va;

区间3:Va>0,Vb≤0,Vc≤0,Vb

区间4:Va>0,Vb≤0,Vc≤0,Vb>Vc,VH=Va,VM=Vb,VL=Vc;

区间5:Va≥0,Vb≥0,Vc<0,Va>Vb,VH=Vc,VM=Vb,VL=Va;

区间6:Va≥0,Vb≥0,Vc<0,Va

区间7:Va≤0,Vb>0,Vc≤0,Va>Vc,VH=Vb,VM=Va,VL=Vc;

区间8:Va≤0,Vb>0,Vc≤0,Va

区间9:Va<0,Vb≥0,Vc≥0,Vb>Vc,VH=Va,VM=Vc,VL=Vb;

区间10:Va<0,Vb≥0,Vc≥0,Vb

区间11:Va≤0,Vb≤0,Vc>0,Va

区间12:Va≤0,Vb≤0,Vc>0,Va>Vb,VH=Vc,VM=Va,VL=Vb;

其中,高线电压Vn=|VH‑VL|,低线电压Vm=|VH‑VM|。

3.根据权利要求2所述的一种基于交流链接的LLC谐振矩阵变换器的控制方法,其特征在于:所述控制方法是基于LLC谐振矩阵变换器实现的,所述LLC谐振矩阵变换器包括三相电网、输入滤波器、双向开关矩阵,LLC谐振电路,高频变压器、高频整流器和负载组成;三相输入相电压经过输入滤波器与12个开关的矩阵变换器相连,由开关矩阵对LLC谐振进行激励,LLC谐振通过变压器传递能量,最后由高频整流器对滤波电容和负载充电。