出，再通 過(guò)LC濾波器濾除高頻電壓紋波，Lf和Cf分別為輸出濾波器的電感和電容值；第一雙級(jí)矩陣 變換器模塊單元M和第二雙級(jí)矩陣變換器模塊單元S采用交錯(cuò)驅(qū)動(dòng)方式，減少輸出電壓和 輸入電流中的開(kāi)關(guān)紋波。采用=繞組式隔離變壓器，可避免第一雙級(jí)矩陣變換器模塊單元 M和第二雙級(jí)矩陣變換器模塊單元S之間的零序環(huán)流，使TSMC的換流和控制更為簡(jiǎn)便。
[0036] 為了保證并聯(lián)TSMC系統(tǒng)在全功率范圍內(nèi)（額定負(fù)載、輕載、空載W及能量回饋狀 態(tài)）都能保證輸入側(cè)功率因數(shù)校正為1，需要在系統(tǒng)輕載或空載時(shí)，調(diào)整第一雙級(jí)矩陣變換 器模塊單元M和第二雙級(jí)矩陣變換器模塊單元S的負(fù)載功率分配比例，通過(guò)構(gòu)造環(huán)流的方 式，為控制系統(tǒng)提供輸入側(cè)功率因數(shù)校正的可能性。
[0037] 首先，需要確定所謂系統(tǒng)輕載的邊界，即在多大功率W下，系統(tǒng)是輕載，采用傳統(tǒng) 的控制策略無(wú)法使輸入側(cè)功率因數(shù)校正為1。在忽略輸入濾波器中濾波電感兩端壓降的條 件下，可認(rèn)為，輸入側(cè)功率因數(shù)校正，就是要通過(guò)控制策略使得TSMC輸入端產(chǎn)生感性無(wú)功 功率Q，抵消由濾波電容所產(chǎn)生容性無(wú)功功率Q。。Q。的大小與輸入頻率、濾波電容大小等參 數(shù)有關(guān)，在穩(wěn)態(tài)條件下，其表達(dá)式如下： 1^0038]Qq= 3WsCsUin。
[0039]TSMC輸入端無(wú)功功率的控制一般是通過(guò)改變調(diào)制過(guò)程中輸入側(cè)電流空間矢量的 角度《來(lái)實(shí)現(xiàn)的，設(shè)輸出側(cè)有功功率為P，在單機(jī)TSMC系統(tǒng)或并聯(lián)TSMC采用傳統(tǒng)的功率均 分控制策略時(shí)，輸入側(cè)的有功功率與輸出側(cè)的有功功率相等，無(wú)功功率為q，如下：
[0040] 二 /7 Uin 巧 O
[0041] 上式中，矜的調(diào)整范圍受限于電壓傳輸比和直流母線電壓方向等因素，假設(shè)兩個(gè) TSMC模塊第一雙級(jí)矩陣變換器模塊單元M和第二雙級(jí)矩陣變換器模塊單元S的輸入角度調(diào) 節(jié)范圍均為錢(qián)aax，則在傳統(tǒng)控制策略下，能夠?qū)崿F(xiàn)單位功率因數(shù)校正時(shí)，TSMC輸出側(cè)有功功 率須大于口限值P。，其表達(dá)式如下：
[0042]
[0043] 設(shè)TSMC模塊第一雙級(jí)矩陣變換器模塊單元M和第二雙級(jí)矩陣變換器模塊單元S 的有功功率分別為Pm和P S，當(dāng)并聯(lián)TSMC系統(tǒng)的輸出功率的絕對(duì)值小于P。時(shí)，可通過(guò)構(gòu)造環(huán) 流的方式，增大模塊Pm和P S的絕對(duì)值，使其滿(mǎn)足如下條件： r。齡+代=尸
[0044] ^ 。 Pm+ A之巧
[0045] 同時(shí)，設(shè)第一雙級(jí)矩陣變換器模塊單元M和第二雙級(jí)矩陣變換器模塊單元S輸入 偵啦制矢量角度分別為輸和嗦，穩(wěn)態(tài)時(shí)，從!和口S需滿(mǎn)足如下條件：
[0046]
[0047] 通過(guò)上述條件表達(dá)式，可W看出，可調(diào)制的變量有4個(gè)，多于其約束條件，因此理 論上的功率分配方案和調(diào)整矢量角度可W構(gòu)造出無(wú)數(shù)多組解。但在實(shí)際應(yīng)用中，一般期望 Pm、口5和、從的值都隨著P連續(xù)變化，因?yàn)橐坏┩蛔?，可能?huì)導(dǎo)致系統(tǒng)震蕩失穩(wěn)。
[0048] 為此，適當(dāng)擴(kuò)大進(jìn)行有功功率分配調(diào)節(jié)的范圍，設(shè)穩(wěn)態(tài)時(shí)第一雙級(jí)矩陣變換器模 塊單元M和第二雙級(jí)矩陣變換器模塊單元S的有功功率隨并聯(lián)TSMC系統(tǒng)的總輸出有功功 率P變化的規(guī)律分別形成函數(shù)Pm(P)和Ps(P)。一種具體的分配方案可用公式表述如下：
[0050] 在上述功率分配方案的基礎(chǔ)上，第一雙級(jí)矩陣變換器模塊單元M和第二雙級(jí)矩陣 變換器模塊單元S的輸入側(cè)控制矢量角度隨并聯(lián)TSMC系統(tǒng)的總輸出有功功率P變化的規(guī) 律分別形成函數(shù)巫M (P)和巫S(P)。
[0053] Pm(P)、Ps(P)和巫M(P)、巫S(P)的函數(shù)圖像分別如圖2和圖3所示，從圖中可W看 出，四組分段函數(shù)均連續(xù)。
[0054] (二）閉環(huán)控制實(shí)例
[0055] 在本發(fā)明所舉例的具體應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)TSMC的調(diào)制可采用經(jīng)典的雙空間矢量調(diào)制 方法，對(duì)輸出電壓作基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（dq軸）的雙PI閉環(huán)控制，如圖4所示。圖中，外 環(huán)控制輸出電壓的dq軸分量，其中Uud和U。。分別為輸出濾波電容上電壓反饋值的dq軸分 量，和分別為輸出電壓的給定量；內(nèi)環(huán)控制TSMC輸出端電流的dq軸分量，第一雙級(jí) 矩陣變換器模塊單元M和第二雙級(jí)矩陣變換器模塊單元S的電流內(nèi)環(huán)分開(kāi)獨(dú)立控制，其中 i Mfq分別為模塊M輸出電流反饋值的dq軸分量，/；^fd和<14分別為其給定量山:郝 isfq分別為模塊S輸出電流反饋值的dq軸分量，Zs'fd和苗q分別為其給定量。電壓外環(huán)的dq 軸輸出量分別記為％和z'fq，顯然，4 =苗fd+苗a、z'fq苗巧+苗fq。穩(wěn)態(tài)時(shí)，"。。="w=〇..，.忽略 濾波電感中的阻抗損耗時(shí)，第一雙級(jí)矩陣變換器模塊單元M和第二雙級(jí)矩陣變換器模塊單 元S輸出電流的d軸分量與各自輸出有功功率的關(guān)系為：
[0057] 輸出電流的q軸分量對(duì)有功功率沒(méi)有貢獻(xiàn)，因此可令Cifg和始終相等；而調(diào)節(jié) 和4的值，通過(guò)內(nèi)環(huán)的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，可使得iMfd和i Sfd分別跟隨其給定量變化，相應(yīng) 的輸出有功功率也隨之調(diào)整。CtM和4a的調(diào)節(jié)公式如下：
[0059] 輸入側(cè)功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)如圖5所示，其中^和11。分別為電源電流在同步旋轉(zhuǎn)坐 標(biāo)系下q軸分量的給定值和反饋值，經(jīng)過(guò)PI控制環(huán)節(jié)得到并聯(lián)TSMC系統(tǒng)輸入側(cè)所需總無(wú) 功功率的期望值礦，此時(shí)第一雙級(jí)矩陣變換器模塊單元M和第二雙級(jí)矩陣變換器模塊單元 S各自應(yīng)提供的無(wú)功功率大小分別為：
陽(yáng)061 ]其中，I - ("(,d4 ) tan[(l>M ("(,d4)] + f毛
[0062] 從而，第一雙級(jí)矩陣變換器模塊單元M和第二雙級(jí)矩陣變換器模塊單元S輸入側(cè) 控制矢量角度分別為：
|；0〇64] 當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，將有？％:=^*M("。品）和盡S=*? ("?1弓3 )。 陽(yáng)0化]通過(guò)上述閉環(huán)控制策略，輸出電壓可得到穩(wěn)定可靠的控制，同時(shí)合理分配了 TSMC 模塊第一雙級(jí)矩陣變換器模塊單元M和第二雙級(jí)矩陣變換器模塊單元S的有功功率分量， 而且可W全功率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)單位功率因數(shù)校正。
[0066] W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可W做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，運(yùn)些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種并聯(lián)型雙級(jí)矩陣變換器拓寬輸入側(cè)無(wú)功功率調(diào)節(jié)范圍的控制方法，其特征在 于：當(dāng)系統(tǒng)輕載或空載時(shí)，調(diào)整并聯(lián)的兩個(gè)雙級(jí)矩陣變換器模塊單元對(duì)負(fù)載有功功率的分 配方式，在模塊之間構(gòu)造環(huán)流功率，增大并聯(lián)的兩個(gè)雙級(jí)矩陣變換器模塊單元有功功率的 絕對(duì)值之和，使并聯(lián)型雙級(jí)矩陣變換器系統(tǒng)具備在輸入側(cè)提供足夠無(wú)功功率的能力，W抵 消輸入濾波電容所產(chǎn)生的容性無(wú)功功率，從而使得并聯(lián)雙級(jí)矩陣變換器系統(tǒng)能夠在全功率 范圍內(nèi)，即額定負(fù)載、輕載甚至空載，W及能量回饋狀態(tài)下，都能將輸入功率因數(shù)校正為1。2. 如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)型雙級(jí)矩陣變換器拓寬輸入側(cè)無(wú)功功率調(diào)節(jié)范圍的控制 方法，其特征在于：并聯(lián)的兩個(gè)雙級(jí)矩陣變換器模塊單元分別為第一雙級(jí)矩陣變換器模塊 單元Μ和第二雙級(jí)矩陣變換器模塊單元S，其對(duì)負(fù)載有功功率的分配方式通過(guò)如下公式表 示：式中，Ρ為并聯(lián)系統(tǒng)輸出的總有功功率，Pm和Ps分別為第一雙級(jí)矩陣變換器模塊單元Μ和第二雙級(jí)矩陣變換器模塊單元S各自分擔(dān)的有功功率；P、Pm和PS的符號(hào)表示功率流動(dòng) 的方向，正表示有功功率從TSMC的輸入側(cè)向輸出側(cè)流動(dòng)，負(fù)則表示有功功率從TSMC的輸出 側(cè)向輸入側(cè)流動(dòng)；Pm(P)和Ps(P)為兩個(gè)關(guān)于P的函數(shù)；P。是與系統(tǒng)參數(shù)相關(guān)的口限值，表達(dá) 式如下：式中，《s為輸入電壓角頻率，Cg為輸入側(cè)濾波電容，Ui。為輸入電壓有效值，姑ax為系 統(tǒng)容許的輸入側(cè)控制矢量角度調(diào)節(jié)范圍的最大值。3. 如權(quán)利要求2所述的并聯(lián)型雙級(jí)矩陣變換器拓寬輸入側(cè)無(wú)功功率調(diào)節(jié)范圍的控制 方法，其特征在于：并聯(lián)型雙級(jí)矩陣變換器系統(tǒng)的功率分配方式如下： 1) 當(dāng)P> 2P。或P《-2P。時(shí)，第一雙級(jí)矩陣變換器模塊單元Μ和第二雙級(jí)矩陣變換器 模塊單元S平均分配負(fù)載功率； 2) 當(dāng)ρ<2Ρ。時(shí)，第一雙級(jí)矩陣變換器模塊單元Μ和第二雙級(jí)矩陣變換器模塊單 元S不再平均分配負(fù)載功率，通過(guò)構(gòu)造環(huán)流的方式，使得第一雙級(jí)矩陣變換器模塊單元Μ和 第二雙級(jí)矩陣變換器模塊單元S的有功功率絕對(duì)值之和始終大于或等于Ρ。； 如當(dāng)Ρ= 0即空載時(shí)，Ρμ=-Ps= ?。/2,兩者之和為零；此時(shí)實(shí)際輸出和電源輸入的有 功功率均為零，但在模塊之間存在環(huán)流的有功功率。4.如權(quán)利要求2所述的并聯(lián)型雙級(jí)矩陣變換器拓寬輸入側(cè)無(wú)功功率調(diào)節(jié)范圍的控制 方法，其特征在于：并聯(lián)的兩個(gè)雙級(jí)矩陣變換器模塊單元在穩(wěn)態(tài)時(shí)，其輸入側(cè)功率因數(shù)控制 角度通過(guò)如下公式表示：
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種并聯(lián)型雙級(jí)矩陣變換器拓寬輸入側(cè)無(wú)功功率調(diào)節(jié)范圍的控制方法，當(dāng)系統(tǒng)輕載或空載時(shí)，調(diào)整并聯(lián)的兩個(gè)雙級(jí)矩陣變換器模塊單元對(duì)負(fù)載有功功率的分配方式，在模塊之間構(gòu)造環(huán)流功率，增大并聯(lián)的兩個(gè)雙級(jí)矩陣變換器模塊單元有功功率的絕對(duì)值之和，使并聯(lián)型雙級(jí)矩陣變換器系統(tǒng)具備在輸入側(cè)提供足夠無(wú)功功率的能力，以抵消輸入濾波電容所產(chǎn)生的容性無(wú)功功率，從而使得并聯(lián)雙級(jí)矩陣變換器系統(tǒng)能夠在全功率范圍內(nèi)，即額定負(fù)載、輕載甚至空載，以及能量回饋狀態(tài)下，都能將輸入功率因數(shù)校正為1。
【IPC分類(lèi)】H02M5/44, H02M1/42
【公開(kāi)號(hào)】CN105406708
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510676419
【發(fā)明人】秦顯慧, 周波, 韓娜, 李業(yè)
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年10月19日