[发明专利]一种应用于AC-DC矩阵变换器的控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种应用于AC‑DC矩阵变换器的控制系统及方法，针对现有的AC‑DC矩阵变换器的控制方法进行了改进，通过计算与调整控制时间参数的大小，实现了PWM调制，工作频率固定，通过调节占空比改变输出功率大小，一方面解决了脉冲密度调制带来的滤波器设计的困难，另一方面由于采用了0电压激励，可以使用高频器件，并可以进一步提高变换器的功率密度。

技术领域

本发明属于AC-Link技术领域，具体涉及一种应用于AC-DC矩阵变换器的控制系统及方法的设计。

背景技术

目前采用AC-link(高频交流链接)技术的AC-DC矩阵变换器主要由滤波器、开关矩阵、谐振电路、变压器以及整流器组成，其结构如图1所示。由于其无中间直流存储环节，减少电能变换次数，将功率因数校正、谐波消除和功率调节高度集成，具有高效、高功率密度、高功率因数和低谐波的优点。目前对AC-DC矩阵变换器的控制方法采用脉冲密度调制(PDM)，导致输出功率变化时，开关工作频率变化范围大，使得输入和输出滤波器设计困难，为了满足要求必须按照最低频率设计。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的AC-DC矩阵变换器的控制方法输入和输出滤波器设计困难的问题，提出了一种应用于AC-DC矩阵变换器的控制系统及方法。

本发明的技术方案为：一种应用于AC-DC矩阵变换器的控制系统，包括电网故障检测单元、锁相环、开关控制单元、控制参数计算单元、过温过流检测单元以及负载电压采集单元。

其中，电网故障检测单元与AC-DC矩阵变换器的三相输入相连，用于实时检测电网运行状态，并在电网发生故障时向开关控制单元发送断开信号。

过温过流检测单元与谐振电路的输出端相连，用于测量谐振电路的电流和AC-DC矩阵变换器的温度，并在过流或过温时向开关控制单元发送断开信号。

锁相环与AC-DC矩阵变换器的三相输入相连，用于检测三相输入电压，进行工作区间分配，并根据三相输入电压和工作区间计算电荷分析比例K以及三相输入电压的等效直流电压。

负载电压采集单元与AC-DC矩阵变换器后接的负载相连，用于采集负载的电压。

控制参数计算单元分别与锁相环和负载电压采集单元相连，用于根据三相输入电压的等效直流电压、电荷分析比例K以及负载电压计算控制时间参数，并生成开关控制信号。

开关控制单元分别与电网故障检测单元、过温过流检测单元、控制参数计算单元以及AC-DC矩阵变换器的开关矩阵相连，用于根据电网故障检测单元、过温过流检测单元或控制参数计算单元的开关控制信号控制开关矩阵中各个开关的闭合与断开。

本发明还提供了一种应用于AC-DC矩阵变换器的控制方法，包括以下步骤：

S1、采用锁相环采集AC-DC矩阵变换器的三相输入电压，并对三相输入电压进行工作区间分配，并确定每个区间的最大幅值电压U_P、最小幅值电压U_M和中间幅值电压U_N。

S2、根据每个区间的最大幅值电压U_P、最小幅值电压U_M和中间幅值电压U_N计算高线电压V_n和低线电压V_m。

S3、在锁相环中计算电荷分析比例K。

S4、根据电荷分析比例K、高线电压V_n和低线电压V_m计算三相输入电压的等效直流电压V_in。

S5、采用负载电压采集单元采集AC-DC矩阵变换器后接的负载的电压V_o。