[发明专利]基于准PR控制的双级矩阵变换器网侧功率因数控制方法

说明书

本发明公开了一种基于准PR控制的双级矩阵变换器网侧功率因数控制方法，其特征在于：建立了双级矩阵变换器输入侧电流数学模型，提出了一种网侧电流跟踪网侧电压的闭环控制方法，将网侧电压和电流归一化，采用准PR控制器实现网侧电流的归一值跟踪网侧电压的归一值，并基于根轨迹理论分析确定准PR控制器参数，从而保证系统拥有较大的稳定裕度和稳态精度，控制器的输出作为双级矩阵变换器输入侧电流调制矢量，从而实现网侧电压与网侧电流同相位。本发明的有益效果：避免了旋转坐标变换，降低了计算量，可以获得与采用PI控制相同的性能；当系统参数变化时，能实现输入侧电流矢量自适应调整，从而实现网侧单位功率因数，鲁棒性较好。

技术领域

本发明涉及一种双级矩阵变换器，尤其涉及一种基于准PR控制的双级矩阵变换器网侧功率因数控制方法，属于双级矩阵变换器控制领域。

背景技术

双级矩阵变换器(Two-Stage Matrix Converter，TSMC)是在传统矩阵变换器(Conventional Matrix Converter，CMC)的基础上衍生出来的。省去了传统交直交变换器中间的直流环节，因此变换器的功率密度得到一定的提升。除此之外，TSMC还具有能量可双向流动，输入电流正弦，输入功率因数可控等诸多优点。在电机驱动，电能质量改善和风力发电等许多领域具有很大的发展潜力。

其拓扑结构分为整流级和逆变级，整流级是由六个双向开关组成的电流源型整流器，逆变级是传统的三相两电平电压源型逆变器。正由于整流级是电流源型，其输入侧电流存在由开关频率引起的高频谐波。因此，为了滤除输入电流中的高频成分，需采用LC型滤波器，以减小对网侧的高频谐波污染。目前，TSMC常采用的是双空间矢量(double spacevector pulse width modulation，DSVPWM)调制策略，根据整流级有无零矢量，整流级又可分为两种调制策略。无论整流级采用哪种调制策略，其输入电流空间矢量的相位均来自网侧电压矢量的相位，一般情况下，直接使用网侧电压矢量相位替代变换器输入侧电流矢量的相位，从而获取整流级开关占空比，但由于输入滤波器的存在和系统其他参数的变化，种种原因都可能会引起网侧电流的相位移动。并不能实现网侧电压与电流同相位，因此需采用闭环控制对网侧电流的相移进行补偿，从而实现网侧单位功率因数。

发明内容

为克服输入滤波器和系统其他参数对网侧功率因数的影响，本发明提供了一种基于准PR控制的双级矩阵变换器网侧功率因数控制方法，当系统参数变化时，均能实现网侧单位功率因数。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述双级矩阵变换器由整流级和逆变级构成，在本发明中，基于双空间矢量调制策略对网侧单位功率因数运行进行控制，所述双空间矢量调制策略包括逆变级电压空间矢量调制和整流级电流空间矢量调制，其中逆变级电压空间矢量调制是指计算逆变级电压空间矢量调制所需要的电压调制比和相角；整流级电流空间矢量调制是指计算整流级电流空间矢量调制所需要的电流调制比和输入电流矢量相角；为实现网侧单位功率因数，本发明提出了一种基于准PR控制的双级矩阵变换器网侧功率因数控制方法；通过将网侧电压和电流归一化，然后利用其归一值构成网侧电流闭环，准PR控制器的输出作为整流级调制输入电流矢量，然后求出其相位角用于整流级的输入电流矢量调制，逆变级采用常规的输出电压矢量调制。本发明所述一种基于准PR控制的双级矩阵变换器网侧功率因数控制方法，具体实现步骤包括：

(1)采集三相网侧电压和三相网侧电流值，并分别对其进行3/2变换；

(2)分别计算出网侧相电压和电流幅值，然后将其归一化；

(3)构建网侧电流闭环控制，分别将网侧电压αβ分量归一化的值作为闭环控制的给定值，将网侧电流αβ分量归一化的值作为反馈值，从而形成电流闭环控制；

(4)建立变换器输入侧电流数学模型，根据所提控制结构写出网侧电流闭环控制框图；