[发明专利]消除Buck-Boost矩阵变换器稳态输出电压误差的控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种消除Buck‑Boost矩阵变换器稳态输出电压误差的控制方法及装置。所述控制方法以Buck‑Boost矩阵变换器中电容电压与电感电流两状态变量为系统控制变量，主要包括步骤1：对Buck‑Boost矩阵变换器的逆变级的电容电压控制外环进行控制；步骤2：对Buck‑Boost矩阵变换器的逆变级的电感电流控制内环进行控制。所述装置包括BBMC整流级、BBMC逆变级、网侧电压检测模块、整流控制模块、直流电压检测模块、逆变控制模块、状态变量检测模块和输出电流检测模块。本发明的优点是可在Buck‑Boost矩阵变换器输出端获得与其参考值高度一致的输出电压，从而实现对其参考输出电压的准确跟踪。该控制方法具有控制精度高、跟踪误差小、动态性能好的优点。

本案是中国专利申请2015101335562的分案申请。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种消除Buck-Boost矩阵变换器稳态输出电压误差的控制方法及装置。

背景技术

矩阵变换器是一种具有简单拓扑结构和一系列理想电气特性的“绿色”变频器，其优点包括诸如输入电流正弦、输入功率因数可调、无中间储能环节、能量可双向流动等，因而该拓扑结构自上世纪70年代提出以来一直成为电力电子领域研究的热点。然而到目前为止，矩阵变换器还没有得到推广应用，其中一个主要原因就是电压传输比低，它是制约矩阵变换器在电力传动等要求实现电气设备额定运行的诸多领域应用的重要因素。

针对矩阵变换器存在电压传输比低的缺陷，国内外从改变控制策略入手进行了广泛的研究，提出了多种可提高电压传输比的控制方法，但效果不理想，如输出谐波过大。为此，研究者提出了一种称为Buck-Boost矩阵变换器(Buck-Boost Matrix Converter,BBMC)的新型主电路拓扑结构，该拓扑结构不仅保持了传统矩阵变换器输入电流正弦、输入功率因数可调等系列优点，同时还具有输出电压和频率任意可调，即其电压传输比既可大于1.0、也可小于1.0，且直接输出高品质的正弦波而无需滤波环节等特点，从而有效解决了传统矩阵变换器电压传输比低的难题。

而针对Buck-Boost矩阵变换器的控制，因其逆变级工作于变工作点，较难控制，尽管目前已分别对其研究采用了滑模控制、离散滑模控制、自抗扰控制、基于PID控制的双闭环控制等多种控制方法，并取得了一定的控制效果，但各种控制方法均存在稳态误差偏大的问题，即Buck-Boost矩阵变换器的实际输出电压与其参考输出电压之间存在较大的稳态跟踪误差，这对于以Buck-Boost矩阵变换器作为变频器的变频调速系统等应用领域来说，难以满足预定的调速精度的控制要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种消除Buck-Boost矩阵变换器稳态输出电压误差的控制方法及装置。

根据本发明的第一方面，提供了一种消除Buck-Boost矩阵变换器稳态输出电压误差的控制方法，其中所述控制方法，包括：

步骤1：对Buck-Boost矩阵变换器的逆变级的电容电压控制外环进行控制；

步骤2：对Buck-Boost矩阵变换器的逆变级的电感电流控制内环进行控制。

通过上述对电容电压与电感电流分别构建复合控制闭环进行控制，从而调节电感电流与电容电压使其按确定的参考值变化，由此可在Buck-Boost矩阵变换器输出端获得与其参考值高度一致的输出电压。

为了通过确定电感电流控制内环的参考值i_L1ref，并由控制内环改变Buck-Boost矩阵变换器中对应功率开关的占空比d₁来调节电感电流和电容电压，使电容电压按设定的参考值变化，达到控制输出电压的目的。

优选的，步骤1中对Buck-Boost矩阵变换器的逆变级的电容电压控制外环的控制，具体包括的步骤为：