[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及一种矩阵变换器的控制方法，特别是涉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。

背景技术

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也不例外。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，可以扩大角度调节范围(超过±30°)，但这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，这种情况下，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。

得益于并联型TSMC系统所特有的结构特点，本发明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。

发明内容

本发明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，本发明采用以下技术方案：

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。

具体方法为：