[发明专利]一种AC-DC串联谐振矩阵变换器的控制方法

权利要求书

1.一种AC-DC串联谐振矩阵变换器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.实时采集负载电压V₀和三相电压源的三相输入相电压u_a，u_b，u_c；

b.根据实时采集到的三相输入相电压u_a，u_b，u_c的相对大小关系，将每个输入相电压周期划分为12个区间，每个区间内相电压的极性和大小确定，且保持单调变化，所述12个区间具体为：

区间Ⅰ：u_a＞u_c＞u_b，U_P=u_a，U_M=u_c，U_N=u_b；

区间Ⅱ：u_a＞u_b＞u_c，U_P=u_a，U_M=u_b，U_N=u_c；

区间Ⅲ：u_a＞u_b＞u_c，U_P=u_c，U_M=u_b，U_N=u_a；

区间Ⅳ：u_b＞u_a＞u_c，U_P=u_c，U_M=u_a，U_N=u_b；

区间Ⅴ：u_b＞u_a＞u_c，U_P=u_b，U_M=u_a，U_N=u_c；

区间Ⅵ：u_b＞u_c＞u_a，U_P=u_b，U_M=u_c，U_N=u_a；

区间Ⅶ：u_b＞u_c＞u_a，U_P=u_a，U_M=u_b，U_N=u_c；

区间Ⅷ：u_c＞u_b＞u_a，U_P=u_a，U_M=u_b，U_N=u_c；

区间Ⅸ：u_c＞u_b＞u_a，U_P=u_c，U_M=u_b，U_N=u_a；

区间Ⅹ：u_c＞u_a＞u_b，U_P=u_c，U_M=u_a，U_N=u_b；

区间Ⅺ：u_c＞u_a＞u_b，U_P=u_b，U_M=u_a，U_N=u_c；

区间Ⅻ：u_a＞u_c＞u_b，U_P=u_b，U_M=u_c，U_N=u_a；

其中U_p幅值最大，U_M幅值最小；定义高线电压U_j=|U_P-U_N|，低线电压U_k=|U_P-U_M|；

c.采用低线电压U_k、高线电压U_j以及0电压共同参与的组合方式完成激励，即采用6过程的工作模式，谐振电流正半周和负半周均进行2次换流且均包含3个工作过程，正负半周激励电压的极性相反，具体为：第1个工作过程采用高线电压U_j，第2个工作过程采用低线电压U_k，第3个工作过程采用0电压，第4个工作过程采用高线电压-U_j，第5个工作过程采用低线电压-U_k，第6个工作过程采用0电压；假设在1-2工作过程中，从U_M相流出电荷量为Q₁,从U_N相流出电荷量为Q₂，在4-5工作过程中，流出U_M相的电荷量为Q₃,流出U_N相的电荷量为Q₄，根据电荷量精确分配的调制策略，在一个谐振电流半周期内，使不同相流出或流入的电荷量之比等于各自的相电压绝对值之比，可得电荷分配比例：定义K=Q2Q1+Q2=Q4Q3+Q4,]]>则K=K11+K1;]]>

d.根据谐振电容电压峰值uc_max和负载电压V₀，获取顺序接入的高线电压U_j、低线电压U_k和0电压中每个电压需要接入的时间以及三个电压的切换时间点,具体方法为：

根据串联谐振变换器工作特性，以谐振电容电压为横轴、谐振电流i与特征阻抗Z的乘积值为纵轴构建平面直角坐标系，谐振电路特征阻抗其中Lr为谐振电感值，Cr为谐振电容值，假设谐振电流正半周的3个工作过程对应的轨迹为分别以O₁、O₂、O₃为圆心并分别以R₁、R₂、R₃为半径的相连接的圆弧，连接点为P₁和P₂，激励电压分别为高线电压U_j，低线电压U_k和0电压，定义O₁=U_j-V₀，O₂=U_k-V₀，O₃=-V₀，在电流正半周期内，假设第1和第2工作过程对应的谐振电容电压变化量分别为Δuc₁和Δuc₂，Δuc₁和Δuc₂的比值与和这两过程对应的电荷量Q₁和Q₂的比值相等，电容电压峰值为uc_max，稳态工作时，谐振电容电压正最大值与负最大值相等，因而在电流为0的开始时刻对应谐振电容起始电压可定为-uc_max，设连接点P₁和P₂分别对应的横坐标值为u₁和u₂，即u₁为第1过程结束后谐振电容电压，u₂为第2过程结束后谐振电容电压，通过公式：

R22-(u1-O2)2=R12-(u1-O1)2R32-(u2-O3)2=R22-(u2-O2)2R1=O1+ucmaxR3=ucmax-O3=R1-O1-O3]]>

前两项可得：

(u1-O2)2-(u1-O1)2=R22-R12(u2-O3)2-(u2-O2)2=(R1-O1-O3)2-R22]]>

简化后得：

u1=[R22-R12O1-O2+(O1+O2)]/2]]>

U2=[(R1-O1-O3)2-R22O2-O3+(O2+O3)]/2]]>

根据电荷分配约束条件：

K=Q2Q1+ΔQ2=CΔuc2C(Δuc2+Δuc1)=u2-u1ucmax+u2]]>

可得：

R2=(O2-O3)(ucmax2+O22+2O1ucmax)+2K(O2-O1)(O2-O3)ucmax-(1-K)(O2-O1)(ucmax2+O22-2O3ucmax)(O1-O3)+K(O2-O1)]]>

根据uc_max、O₁、O₂、O₃和K值可得到u₁和u₂的值；

u2=[(ucmax-O3)2-R22O2-O3+(O2+O3)]/2]]>

u₁＝(1-K)u₂-Kuc_max

设第一工作过程轨迹对应的弧度为θ₁、第二工作过程轨迹对应的弧度为θ₂、第三工作过程轨迹对应的弧度为θ₃，其对应的表达式分别为：

θ1=cos-1(O1-u1R1)]]>

θ2=cos-1(u1-O2R2)-cos-1(u2-O2R2)]]>

θ3=cos-1(u2-O3R3)]]>

根据θ=ωt，可得：第一工作过程结束时刻t₁＝θ₁/ω，第二工作过程结束时刻t₂＝(θ₁+θ₂)/ω，第三工作过程结束时刻t₃＝(θ₁+θ₂+θ₃)/ω；其中ω为谐振角频率，可分别得到切换点时刻t₁、t₂和t₃；

e.根据工作时刻电网相电压所处的区间以及需要输出的电流方向，并根据步骤c所述的工作过程，分配对应的功率开关的开关状态组合；

f.根据步骤d所得的三个电压的切换时间点生成通用的时序控制信号，控制各工作过程之间的切换；

g.根据步骤f的控制完成三相相间的选择和切换，判断工作是否结束，若是，则退出，若否，则回到步骤a。