[发明专利]一种隔离型AC-DC矩阵变换器模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种隔离型AC‑DC矩阵变换器模型预测控制方法，将连续调制与离散预测控制相结合。为了简化对三相‑单相矩阵变换器中开关管的控制，基于“解结耦”思想对三相‑单相矩阵变换器拓扑进行解耦，分成正负两组pwm变换器。构建三个位置可按照系统要求变化的虚拟电压矢量，通过模型预测优化算法在参考电压矢量、三个虚拟电压矢量和基本空间电压矢量中选出使成本函数最小的电压矢量。在模型参数与系统实际参数不匹配的情况下使用基本空间电压矢量可以实现对电网电流变化方向的控制，防止电网电流的变化不可控。所提方法能够使系统实现恒定的直流电压输出，较高的网侧功率因数，以及呈正弦变化且谐波含量很低的电网电流。

技术领域

本发明涉及矩阵变换器控制领域，具体涉及一种隔离型AC-DC矩阵变换器模型预测控制方法。

背景技术

隔离型AC-DC矩阵变换器是由双级矩阵变换器演变而来，其继承了后者许多优点，比如交流侧电流正弦、高输入功率因数、结构紧凑等。目前矩阵式整流器已在通信、航天、V2G以及海上风电等领域得到广泛应用，具有优异的工业应用价值。

传统的隔离型AC-DC矩阵变换器模型预测控制使用离散的基本电压矢量，缺乏调制环节进而引起功率开关器件开关频率不固定，无法实现精准的稳态输出，且没有考虑系统中的真实电感值会与代入模型预测算法中计算的电感值不同的情况，不能在小范围误差内调整电压矢量的位置。目前将离散预测控制与连续SVM调制结合的模型预测控制方案较少，且很少考虑模型参数不匹配的问题。因此本发明一种隔离型AC-DC矩阵变换器模型预测控制方法，可以改善隔离型AC-DC矩阵变换器的输入输出性能。

发明内容

本发明提出了一种隔离型AC-DC矩阵变换器模型预测控制方法，将SVM连续调制与离散预测控制相结合。为了简化对三相-单相矩阵变换器中12个开关管的控制，基于“解结耦”思想对三相-单相矩阵变换器进行解耦，分成正负两组pwm变换器。提出三个位置可按照系统要求变化的虚拟电压矢量，在模型参数与实际系统不匹配的情况下可以实现对网侧电流变化的控制，尽可能接近网侧的参考电流值，即跟踪输出侧直流电压参考值。当参数不匹配的程度在一定范围内，这种控制方法可以使系统交流电流正弦和直流侧输出稳定，且具有较强的鲁棒性。

为了实现以上目的，具体的技术方案为：

本发明所述的隔离型AC-DC矩阵变换器的拓扑结构由三相交流电源、输入滤波器、三相-单相矩阵变换器、高频变压器、桥式不控整流电路、输出滤波器、负载构成。

三相-单相矩阵变换器是由6对开关管构成，其中每一对开关管是由两个背靠背相连的IGBT反并联二极管构成，二极管提供续流通路，上下两对开关管串联成为一个桥臂，在三相-单相矩阵变换器中共有3个桥臂。a相上桥臂由开关Spua和Snua组成，a相下桥臂由开关Spda和Snda组成；b相上桥臂由开关Spub和Snub组成，b相下桥臂由开关Spdb和Sndb组成；c相上桥臂由开关Spuc和Snuc组成，c相下桥臂由开关Spdc和Sndc组成。每相上下桥臂的中间点与输入滤波器相连，每相上桥臂的公共连接端与每相下桥臂的公共连接端分别接在高频变压器原边的两端。

H桥变换器是由四个不可控二极管构成；D1与D2组成一个桥臂，D3与D4组成一个桥臂。每条支路的上下桥臂的中间点与变压器副边相连，每条支路上桥臂的公共端与下桥臂的公共端分别接在输出滤波器的两侧，负载与输出滤波器并联。

提供一种隔离型AC-DC矩阵变换器模型预测控制方法，具体步骤包括：