AC/DC Matrix Converters for V2G Applications

由于当前V2G系统中普遍采用的电压型脉宽调制（pulse width modulation,PWM）整流方案中所存在的蓄电池电压匹配、功率体积比及系统效率问题,提出一种采用AC/DC矩阵变换器的解决方案。针对经典电流空间矢量调制策略中充电电流纹波较大的缺点,提出一种在全输出范围内减小充电电流纹波的分段优化调制策略,并深入对比分析这两种调制策略下充电电流纹波的大小。仿真和实验结果表明,所提分段优化调制策略的正确性和可行性。

不平衡电网下AC-DC矩阵变换器的新型模型预测控制

为降低AC-DC矩阵变换器在输入不平衡条件下网侧有功功率波动,以及离散型模型预测控制中开关频率不固定的问题,提出一种新型模型预测控制方法。通过根据电网电流相位角选择有效矢量,避免了传统模型预测控制评估价值函数计算的负担。提出了一种二阶扩展复数卡尔曼滤波器,计算精度可以达到泰勒级数展开的二阶项,新型模型预测控制能够在不平衡电网系统中应用。仿真结果表明:所提控制策略在输入电压不平衡工况下,能够有效抑制网侧电流谐波,稳定系统输出的有功功率,并且表现出良好的性能。

隔离型双向AC-DC矩阵变换器闭环控制方法研究

根据隔离型双向AC-DC矩阵变换器(Isolated AC-DC Matrix Converter,IAMC)没有中间电容缓冲环节,输入和输出变换器控制之间存在耦合,研究提出了IAMC两级功率变换器的控制方法。通过对全桥变换器进行闭环控制进而实现对直流侧输出电流和功率的直接控制;三相-单相矩阵变换器实现对有功和无功功率的独立控制,以满足网侧功率因数的高精度控制。所提控制策略有效降低了两级变换器的耦合强度,保证了系统的良好性能。在MATLAB中进行仿真,结果表明,所提出的控制方法在使系统电能质量得到提高的同时,可以实现单位功率因数可调,验证了所提控制策略的正确性和有效性。

基于矩阵变换器的AC/DC变换器

对传统的三相/三相矩阵变换器进行变换,得到一种新型的AC/DC变换器拓扑,并对该电路的工作原理进行了分析,通过在变换器的高频部分加入变压器,既实现了输入和输出的电气隔离,又减小了系统的重量和体积。本文对所采用的基于输入电压的双线电压调制策略机理进行了详细的分析,推导了在该调制策略下的输入电流和输出电压的表达式,说明采用该调制策略能实现三相交流输入侧电流正弦和单位功率因数,输出电压与调制指数之间存在线性的关系。采用MOTOROLA的16位微处理器和CPLD协调控制制作了一台样机,验证了理论和控制方法的正确性和可行性。

车用新型AC-DC矩阵式变换器

针对车用电子系统容量扩大和传统PWM整流器缺点问题,为实现输入单位功率因数和一级降压整流,去除死区时间引起的谐波带来的影响,本文提出一种新型基于42V PowerNet的车用双向AC-DC矩阵变换器。在基于三相-三相矩阵变换器理论基础上,推演出AC-DC矩阵变换器的整流调制策略,并研究了开关序列和换相的方法,采用优化AV法调制策略来控制整流器。运用四步换流策略解决了开关换相存在的短路、断路风险和死区时间问题,仿真和实验结果验证了车用新型AC-DC矩阵式整流器的有效性和正确性。

矩阵式隔离型双向AC-DC变换器控制策略

针对矩阵式隔离型双向AC-DC变换器,提出一种控制策略,即前级矩阵变换电路和后级全桥电路的调制策略以及矩阵变换器双向开关的换流方法。其中,前级矩阵变换电路的调制基于双线电压调制思路,对扇区进行重新划分,调整和优化开关状态选择,以满足简化换流需求,后级全桥电路根据前级矩阵变换电路的调制策略,配合前级调节脉冲宽度进行协调控制,双向开关换流采用基于交流电压相对大小的两步换流方法。仿真和实验结果表明,在整流和逆变模式下,矩阵式隔离型双向AC-DC变换器均能保证网侧电流正弦,功率因数接近于1,输出电压电流可以保持恒定。由此证明,提出的控制策略,可实现变换器能量双向变换,且输入输出性能优良。

AC-DC矩阵变换器空间矢量优化调制模式研究

为减小输出电感电流纹波和窄脉冲,对AC-DC矩阵变换器空间矢量调制模式的优化进行深入研究。根据AC-DC矩阵变换器原理及工作模式得到输出电感电流纹波表达式及特性,分析7种调制模式零矢量与电流纹波最大幅值的关系,提出减小电流纹波的零矢量优化方法;考虑换流过程,分析不同调制模式窄脉冲条件和几率;为减小电感电流纹波和窄脉冲,提出一种分段优化调制模式,以实现输出电压全范围调节,改善输入输出波形质量。仿真和实验验证了本文的结论,表明了提出的优化调制策略的正确性。

双向隔离型AC-DC矩阵变换器的软开关复合调制策略

针对双向隔离型AC-DC矩阵变换器,文中提出一种软开关复合调制策略,其中,前级3-1矩阵式变换电路采用对称双线电压调制法,以提高电压传输比;后级全桥电路采用互补控制,简单易实现;前后级电路之间进行移相控制。通过协调安排前后级脉冲宽度分布,使得矩阵变换器中的双向开关在采用简单的两步换流时,可保证全部开关器件实现零电压开关(zero voltage switching,ZVS)换流。仿真和实验结果表明,网侧电流三相平衡正弦,相电流谐波畸变率小于3%,功率因数接近于1,输出电压和电流为稳定直流,电压电流纹波小,变换器中的双向开关和普通开关器件均能实现ZVS换流。在宽负载范围(10%~100%)内效率均保持在94.5%以上,最高效率可达97.74%。因此,采用提出的调制策略可实现双向隔离型AC-DC矩阵变换器功率的稳定传输,在保证良好的输入输出性能的同时,实现了开关器件的零电压换流,具有高效率。

井下照明电源的新型单级三相高频隔离AC/DC变换器设计

应用电力电子变压器可以实现煤矿井下660V/127V的电压变换,作为照明电源使用。为了简化电力电子变压器的结构,降低电路损耗,文章介绍了一种新型的单级三相高频隔离的AC/DC变换器及其控制方法———采用一个功率变换级同时完成PWM整流及高频隔离DC/DC变换,并且通过软件仿真验证了该拓扑结构的可行性。最后,在此基础上完成了小功率电路的样机实验及相关结论分析。结果表明,该变换器可以应用于煤矿井下照明电源的设计中。

基于移相全桥技术的PFC三相四线AC/DC变换器

基于全桥移相(PSFB)控制技术,提出一种可实现交流输入与直流输出隔离的三相四线AC/DC变换器。对基本结构进行了理论分析和实验验证。理论和实验表明该变换器有效提高功率因数,明显改善滞后臂的软开关。

输入不平衡下隔离型AC-DC矩阵变换器控制策略研究

为降低隔离型AC-DC矩阵变换器(Isolated AC-DC matrix converter,IAMC)在输入不平衡下网侧有功功率波动,以及抑制网侧LC滤波器的谐振,提出一种基于有源阻尼的无差拍直接功率控制策略。该策略利用网侧电流及其延迟分量来计算IAMC输入侧滤波器电容电压,省去了传统有源阻尼控制的高精度电压传感器,降低了硬件成本损耗,且无需进行旋转坐标变换以及锁相环,运算量较小。仿真结果表明:所提控制策略在输入电压不平衡工况下可有效抑制网侧电流谐波,降低系统无功功率直流分量,稳定系统输出的有功功率,且具有较好的动态性能。

基于零矢量嵌入的双向隔离型AC-DC矩阵变换器分段同步控制策略

针对双向隔离型AC-DC矩阵变换器,提出一种基于零矢量嵌入的分段同步控制策略。其中,前级3-1矩阵式变换电路采用对称双线电压调制法,以提高电压传输比;后级全桥电路采用互补控制,简单易实现;前后级电路之间分段同步,并通过在前级电路中嵌入零矢量以实现能量的双向传输。仿真和实验结果表明,网侧电流三相平衡正弦,功率因数接近于1,输出电压和电流平稳,纹波小,且电感电流峰峰值随直流侧电压增加呈先减小后增大的趋势,当nUo=√3U_(i)时,电感电流峰峰值最小,即电流应力最小。由此可见,采用该文提出的控制策略可实现双向隔离型AC-DC变换器能量的双向流动,保证了良好的输入输出性能。通过与传统控制策略的仿真与实验对比,采用所提出控制策略的双向隔离型AC-DC矩阵变换器在较低输出电压范围内具有更小的电感电流应力,有助于降低器件损耗,提高变换器效率,并提升系统可靠性。

一种面向高频链AC-DC矩阵变换器的高频变压器绕组优化设计方法

针对高频链AC-DC矩阵变换器中高频变压器绕组损耗大的问题,提出了一种高频变压器绕组优化设计方法,该方法首先建立了漏感模型和绕组损耗模型,并基于模型合理选择关键参数作为优化参数,应用有约束的多目标遗传优化算法对关键参数进行寻优,最后得到一套高频变压器绕组的优化设计方案。仿真和实验结果表明,该方法与传统面积乘积法(AP)法相比,绕组损耗可降低10%以上,变换器整机效率最高提升了1.07%,由此证明,该变压器绕组优化设计方法可以通过降低高频变压器的绕组损耗,达到降低高频链AC-DC矩阵变换器损耗、提升变换器整体效率的目的。

一种面向储能系统的双向隔离型AC-DC矩阵变换器控制策略

为了满足网侧高电能质量以及储能元件安全可靠和长使用寿命的需求,本文针对双向隔离型AC-DC矩阵变换器提出了一套系统的控制策略,包括对系统的双闭环控制和变换器的后级单重移相调制方法。其中双闭环控制包含网侧电流内环控制和直流侧电流外环控制,调制方法中保持前后级电路间协调同步,前级电路采用双线电压调制方式,后级电路采用等比例移相调制方式。仿真和实验结果显示,变换器的网侧功率因数可达0.99,直流侧电压纹波在0.15%以内。直流侧电流指令突变时,电流跟踪速度快且无超调。因此,采用所提出的控制策略可以保证网侧电能质量高、直流侧具有良好的动静态特性。

隔离型AC-DC矩阵变换器最小电流应力控制方法

针对隔离型AC-DC矩阵变换器降低功率器件成本、提高效率和抑制电磁干扰等需求,提出了一种基于零矢量嵌入的移相策略的最小电流应力控制方法。基于移相策略深入研究了影响变换器电流应力的关键因素。建立了三维(3D)功率模型,从中求取等功率分布线,通过引入功率约束条件以及移相角范围,对电流应力在限定条件下采用序列二次寻优方法进行最小化寻优,得到使电流应力最小的最优移相比。仿真和实验结果表明,基于零矢量调制的移相调制策略可以实现前后级电路的协调控制,功率因数在0.96左右,直流侧输出电压和电流稳定且纹波小。因此,采用所提控制方法,在保证网侧和直流侧的基本性能的同时,实现了对变换器电流应力的最小化。

一种新型矩阵式AC/DC变换器研究

为克服常规AC/DC变换器的缺陷,提出了一种新型AC/DC变换器——三相/一相矩阵式变换器(3/1MC).该矩阵式变换器直接将三相交流380 V/50 Hz输入变换为单相PWM高频、高压交流电压.由高频变压器隔离并调理为需要的幅值后,经倍流式整流、滤波输出预期的直流电压.控制电路由UC3879及外围逻辑芯片组成.通过4kW 28.5V/140A原理样机的实验验证了理论分析的正确性及方案的可行性.

基于扩展移相的隔离型AC-DC变换器零矢量PWM调制策略

传统隔离型双向AC-DC变换器多为两级式结构,变换器效率低、控制系统复杂,现有的单级式解决方案通常依赖大量实时计算,难以兼具低电流应力、宽软开关范围和高功率传输能力特性。为此,该文设计基于双有源全桥的新型单级隔离型双向AC-DC谐振变换器,提出一种含有零矢量的复合频率调制策略。从高频开关周期入手,利用数学推导,证明所提方案在实现自动功率因数校正功能的同时,可降低开关器件的开关频率,免除附加吸收电路,实现交直流全桥的软开关,且几乎无功率回流,从而有效提升变换器的功率传输能力,所提单变量调节方法简化控制系统设计。最后,搭建额定功率为450W的仿真和实验平台,证明理论分析的正确性和调制策略的可行性。

一种新型单级无电解电容AC-DC高频隔离变换器

针对现有车载式充装置存在的大量电解电容影响变换器使用寿命的现象,提出了一种新型单级AC-DC高频隔离式无电解电容变换器。所提单级拓扑输入端无二极管整流桥,同时直流母线不存在电解电容。所提变换器拓扑单元中的两个全桥单元不仅可以实现功率因数矫正,而且可充当隔离式DC-DC变换器的初级侧电路。该结构可有效降低磁化电流的大小,从而减小变压器体积和减少多余的磁芯损耗。另外,该变换器可实现开关ZVS导通和ZCS关断。最后,通过搭建一台3 kW的实验样机,以验证所提变换器的有效性和可行性。

一种矩阵式AC/DC变换器控制策略改进

为进一步改善之前提出的矩阵式AC/DC变换器性能,依据三相/一相矩阵式变换器(3/1MC)与其等效拓扑开关函数之间的瞬时对应关系以及限定条件,研究了一种改进的控制策略.该策略充分利用X扇区中三相电压资源,合理分配各相电压的作用时间(占空比)及各双向开关的门极驱动信号.使双向开关的有效导通角为180°,各相输入电流SPWM脉冲序列均匀、等间隔地分布在时间轴上,且分别跟随输入电压.仿真结果表明,网侧谐波电流小,功率因数接近1.

基于UC3879矩阵式AC／DC变换器研究

基于UC3879及矩阵式变换器，提出了一种新的AC／DC变换器。采用三相／一相矩阵式变换器，直接将三相380V／50Hz输入变换为单相高频（15kHz）电压，由高频变压器隔离，经倍流式整流、滤波输出预期的直流电压。控制电路以UC3879及外围逻辑芯片对驱动信号编码，并完成闭环控制。理论分析了系统的工作原理，并进行了4kW28．5V／140A样机实验，验证了理论分析的正确性及方案的可行性。该方案具有矩阵变换器的所有优点，拓宽了矩阵变换器的应用范围。