[发明专利]基于虚拟直流电流的BUCK型3－1MC闭环控制方法

说明书

本发明公开一种基于虚拟直流电流的BUCK型3‑1MC闭环控制方法，该方法通过对BUCK型三相‑单相矩阵变换器(3‑1MC)输出电流、补偿相电流检测并进行调制，拟合成虚拟直流电流作为控制对象，相关调制函数通过输出相与补偿相解耦关系确定，通过该闭环控制实现了虚拟直流电流的恒定，虚拟直流电流指令由输出功率推算获得，从而实现了虚拟直流母线功率恒定，消除了BUCK型3‑1MC的输入功率脉动，实现了输入电流谐波含量小、输出电压稳定的控制目标。

技术领域

本发明涉及一种三相-单相矩阵变换器，特别涉及一种含有功率补偿电感的三相-单相矩阵变换器的基于虚拟直流电流的BUCK型3-1MC闭环控制方法。

背景技术

矩阵变换器可实现交-交直接变换，具有输出频率可调，输入功率因数高，控制灵活等优点。三相-单相矩阵变换器(3-1MC)在高频感应加热、电气化铁路系统及工业、航空电源领域具有良好的应用前景。由于3-1MC输出单相脉动功率分量直接耦合至输入侧，导致输入电流畸变和功率因数降低，一定程度上限制了其发展。

为解决以上问题，对其进行功率解耦控制可补偿该脉动功率，改善输入电流波形。但3-1MC在实际工作中，可能会出现负载波动或突变等情况，在负载变化时，传统的功率解耦无法满足控制需要，从而会造成输入电流畸变、输出电压波动等问题。因此，设计可以动态解耦的控制方法，同时保证输入单位功率因数，满足3-1MC实际工况下的控制策略，对其实际应用具有重要意义。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对实际工况下负载变动时，三相-单相矩阵变换器输入电流、输出电压将出现波形畸变，致使输入谐波含量过大及输出电能质量下降的情况，提出了一种基于虚拟直流电流的BUCK型3-1MC闭环控制方法，具有有效抑制输入电流谐波、稳定输出电压、输入单位功率因数和良好的动稳态特性的技术特点。

技术方案：本发明涉及一种带功率解耦单元的三相-单相矩阵变换器，主电路包括输入电源、LC输入滤波器、3*3开关矩阵、LC输出滤波器(输出相)、脉动功率补偿电感(解耦相)和控制单元。主电路如图1所示，可将主电路等效为虚拟整流环节(CSR)与虚拟逆变环节(VSI)的组合，其等效电路为图2所示，图中u_dc、i_dc分别为虚拟直流母线电压和虚拟直流母线电流。控制单元如图3所示，包括：输入电压坐标变换、输入电流坐标变换、输出相电流与解耦相电流合成、虚拟直流电流外环、输入电流内环、输入电流扇区判断、输出电压扇区判断等部分。

本发明提供了一种基于虚拟直流电流的BUCK型3-1MC闭环控制方法，包括以下步骤：

步骤1：设输出相电压为输出电流为则输出功率为其中包含脉动功率设输出相调制函数为f_m＝h_m^*·cos(w_ot)，补偿相调制函数为为使补偿相功率补偿掉输出相脉动功率，应有解耦控制关系：即可消除单相输出的脉动功率，从而使输入电流为对称的正弦量。

步骤2：为实现动态功率解耦，负载侧对输出电压和电流进行采样计算，可得式中，U_o为输出电压有效值，I_o为输出电流有效值。当输出电压根据调制系数h_m^*确定后，补偿相的调制系数h_c^*根据解耦关系会随着负载变动，进行动态调节，从而实现解耦相与输出相的实时解耦控制，避免因负载变动而引起输入功率脉动。

步骤3：输出相电流与解耦相电流折算到虚拟直流母线，合成直流母线电流为：

根据解耦控制关系有：

则：即直流母线电流为恒定值。将合成的i_dc与指令i_dc^*比较后进行PI调节构成电流外环。