本发明专利技术公开了一种并联型双级矩阵变换器拓宽输入侧无功功率调节范围的控制方法，当系统轻载或空载时，调整并联的两个双级矩阵变换器模块单元对负载有功功率的分配方式，在模块之间构造环流功率，增大并联的两个双级矩阵变换器模块单元有功功率的绝对值之和，使并联型双级矩阵变换器系统具备在输入侧提供足够无功功率的能力，以抵消输入滤波电容所产生的容性无功功率，从而使得并联双级矩阵变换器系统能够在全功率范围内，即额定负载、轻载甚至空载，以及能量回馈状态下，都能将输入功率因数校正为1。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及一种矩阵变换器的控制方法，特别是设及一种并联型双级矩阵变换器 在轻载或空载条件下调节输入侧无功功率的控制方法，属于电力电子技术和控制技术领 域。
技术介绍
近年来，基于矩阵变换器（matrix converter, MC)的概念发展而来的双级式矩阵 变换器（two stage matrix converter, TSMC)，获得了国内外学者广泛而持续的关注和研 究，具有结构紧凑、开关损耗低、功率密度高等显著优点。TSMC具有分立的整流级和逆变级 结构，与传统MC相比，还具有换流简单，整流级可实现零电流换流等优势。 将具有相同内部结构的模块化拓扑单元通过串、并联的方式进行扩展，是工业上 常用的成倍增加变换器设备功率容量的方式。常见的如逆变器并联、直直变换器串联、级联 或并联等形式。关于TSMC的串并联拓扑结构及其控制方法，现有的研究还比较少。中国专 利CN102790536A提出了一种双TSMC交错并联的拓扑结构及其基本的控制方法。并联型 TSMC所构成的变换器系统具有诸多优势，如实现功率容量的倍增，通过交错驱动降低输出 电压和输入电流的高频纹波，各模块之间形成冗余备份，可实现容错运行等。 在并联型的拓扑结构中，一般需要控制各模块均分负载功率或电流，TSMC也不例 夕K但对TSMC并联系统采用简单的负载功率均分策略，在轻载或空载条件下，存在输入功 率因数偏低的问题。众所周知，TSMC输入侧的无功功率调节范围存在诸多限制。首先，一般 情况下要求输入电流控制矢量与输入电压矢量的夹角不能超过±30°，否则直流母线容易 出现短路，通过调整控制策略，在直流母线即将出现负压的时刻，同时交换整流级和逆变级 上下管的驱动信号，可W扩大角度调节范围（超过±30° )，但运种策略对电压检测精度的 要求较高、实现难度较大。其次TSMC输入侧的无功功率（绝对值）增大时，输出侧的最大 电压传输比就会相应降低，为保证输出电压不变，输入侧无功功率也不能过大。此外，由于 TSMC整流级仅能对输入电流矢量的角度进行直接控制，而输入电流的幅值取决于负载电流 的有功分量，因此当输出有功功率较轻时，输入电流的幅值也很小。极端情况下，当输出侧 空载时，输入侧电流幅值为零，不管怎样调节角度，TSMC输入端的有功功率和无功功率均为 零，运种情况下，电源电流仅有滤波电容所产生的容性无功分量，即电源电流不为零，但其 功率因数为零。 阳0化]得益于并联型TSMC系统所特有的结构特点，本专利技术提出一种基于模块间环流控 制的输入侧无功功率控制策略，使得并联型TSMC系统在轻载甚至空载时，都能够灵活地控 制输入侧无功功率的大小，将输入功率因数校正为1。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种并联型双级矩阵变换器拓宽输入侧无功功率调节范 围的控制方法，使其在输出侧不管是在额定负载，还是轻载或空载的条件下，都能够将输入 侧功率因数校正为1。 为实现上述目的，本专利技术采用W下技术方案： 一种，当系统轻 载或空载时，调整并联的两个双级矩阵变换器模块单元对负载有功功率的分配方式，在模 块之间构造环流功率，增大并联的两个双级矩阵变换器模块单元有功功率的绝对值之和， 使并联型双级矩阵变换器系统具备在输入侧提供足够无功功率的能力，W抵消输入滤波电 容所产生的容性无功功率，从而使得并联双级矩阵变换器系统能够在全功率范围内，即额 定负载、轻载甚至空载，W及能量回馈状态下，都能将输入功率因数校正为1。 具体方法为： 首先，设定一个跟系统参数有关的输出功率口限值P。，P。的表达式如下： ('tan 巧化,X 阳01引式中，为输入电压角频率，C为输入侧滤波电容，U 1。为输入电压有效值，線ias 为系统容许的输入角度调节范围的最大值。为下文表述方便，记Q。= 3?怎A。2。 并联型拓扑结构中两个TSMC模块单元分别记为第一双级矩阵变换器模块单元M 和第二双级矩阵变换器模块单元S。设某个稳定运行状态下，输出侧总的有功功率为P，通 过控制策略的调节，使得第一双级矩阵变换器模块单元M和第二双级矩阵变换器模块单元 S各自分担的有功功率为Pm和P S，P、Pm和P S的符号表示功率流动的方向，正表示有功功率 从TSMC的输入侧向输出侧流动，负则表示有功功率从TSMC的输出侧向输入侧流动。同时， 调节第一双级矩阵变换器模块单元M和第二双级矩阵变换器模块单元S的输入侧的输入功 率因数控制角度分别为稱^和鶴（给定电流矢量与输入电压矢量的夹角，电流超前于电压 为正，滞后为负）。根据P的大小，Pm、Ps和口M、口S分别选择不同的分配方式： 1)当P >2P。或P《-2P。时，M和S平均分配负载功率，即P M= Ps= p/2,并通过 适当的闭环控制环节调节输入无功功率分量，使输入功率因数为1，此时与传统的控制策略 相类似。忽略输入侧滤波电感的压降，则稳态时口Vi =獨跟巧an 。 阳〇1引リ当-2P。《p<2P。时，构造关于输出功率p的函数PM(P)、Ps(P)和巫M(P)、巫s(P)， 使其满足条件： W16] 驅+ = ^ ， /-;、'!(片).tan 阳、(尸)]+ 尸州=-幻 运是一个四元二阶非线性方程，理论上可W有无数组解，为了提高可行性和稳定 性，可W在解集中加一些限定条件，如要求Pm(P)、Ps(P)和巫M(P)、巫S(P)都必须是连续函 数等。下文中将给出一个满足条件的特解。 通过控制，使得稳态时，第一双级矩阵变换器模块单元M和第二双级矩阵变换器 模块单元S的输出功率和输入侧矢量角度与Pm(P)、Ps(P)和〇M(P)、巫S(P)相匹配，即 3)特别地，当P = 0,即空载时，可控制第一双级矩阵变换器模块单元M的输出功 率为Pm=P。/2,而S的输出功率为Ps=-P。/2,两者之和为零。此时实际输出和电源输入的 有功功率均为零，但在模块之间存在环流的有功功率。传统控制策略下，输出有功功率为零 时，输入侧的有功和无功功率都只能为零；而本专利技术中，正是由于构造出了运"无中生有"的 环流有功功率，使得输入侧无功功率的调节成为可能。稳态时，两个模块的输入功率因数控 制角度相等，但方向相反，即媒1 =-殺心- 通过上述控制策略，并联型TSMC系统在负载功率较高时，并联模块之间平均分配 负载有功功率；负载功率较轻甚至空载时，则在模块间通过构造适当大小的环流有功功率， 相比于系统额定功率，环流功率的幅值很小，对系统效率影响不大；通过运种策略，使TSMC 输入侧无功功率始终有可"依附"的条件，从而保证并联TSMC系统能在全功率范围内实现 单位功率因数校正。 满足控制条件的一个特解如下：* 本专利技术的有益效果是：本专利技术的并联型双级矩阵变换器拓宽输入侧无功功率调节 范围的控制方法，当并联型双级矩阵变换器的负载功率较小时，在并联的两个双级矩阵变 换器之间构造一定幅值的环流电流。此时两个双级矩阵变换器输入侧有功功率的代数和与 负载功率相等，并没有变化，但其绝对值之和增大。由于两个双级矩阵变换器的输入侧电流 的有功分量都增大了，因而在相同的补偿角度下，能够产生更大的无功分量，从而提高了无 功功率的调节范围，使并联型双级矩阵变换器能够在全功率范围内（额定负载、轻载、空载 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种并联型双级矩阵变换器拓宽输入侧无功功率调节范围的控制方法，其特征在于：当系统轻载或空载时，调整并联的两个双级矩阵变换器模块单元对负载有功功率的分配方式，在模块之间构造环流功率，增大并联的两个双级矩阵变换器模块单元有功功率的绝对值之和，使并联型双级矩阵变换器系统具备在输入侧提供足够无功功率的能力，以抵消输入滤波电容所产生的容性无功功率，从而使得并联双级矩阵变换器系统能够在全功率范围内，即额定负载、轻载甚至空载，以及能量回馈状态下，都能将输入功率因数校正为1。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：秦显慧，周波，韩娜，李业，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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