[发明专利]一种针对H3IMC的注入谐波电流控制方法

说明书

本发明公开了一种针对H3IMC的注入谐波电流控制方法，该方法预先设置谐波电流参考值，由采样电路采集谐波电流实际值，将其差值输入PI控制器，PI控制器的输出设置为谐波电流流经的电感两端的电压，根据电感两端的电压与谐波注入桥臂中开关管的占空比的关系，得到上、下管的开关管占空比，考虑实际器件的开关非瞬时性，设置开通延时，并进行延时补偿，以精确实现谐波电流跟踪，提高输入电流性能。本方法相较于传统桥臂电流控制方法，不需要增加采样电路；且避免了传统桥臂电流控制方法应用于本拓扑时出现的电流失控问题。本发明实现了谐波电流对参考值的跟踪，能够显著地使输入电流正弦化，抑制了输入侧谐波含量，在变换器应用于电网时减少了谐波污染。

技术领域

本发明涉及一种电流控制方法，尤其涉及一种针对H3IMC的注入谐波电流控制方法，属于矩阵变换器控制技术领域。

背景技术

在功率只需单向传递的应用场合，采用无源器件构成的前端整流器，使得三相电流通过三相二极管桥臂，再配合交流或直流侧的电容滤波，即可构成最简单的不控整流电路。不控整流电路拓扑简单且无需控制电路、传感器和额外的供电设备，因此具有高鲁棒性。然而，此电路对输入侧波形会产生较大的影响，即在输入电流中引入较多谐波；并不能控制输出直流电压的幅值，即输出电压完全根据输入电压确定。

输入功率因数λ、基波电流电压相移角度Φ和输入电流总谐波含量THD是评价功率变换器的三大要素，且这三要素的关系为：

为了避免主电路中电流流过感性负载造成的电压突降引起的输入电压畸变和配电网络中的励磁共振，通常要求接入电网的变换器在额定电压下输入侧电流的THD<5％，特别地，在航空应用中，由于主电路的感性负载较多，因此具有更严格的要求，通常需满足输入侧电流的THD<3％的条件。为了达到这样的目标，在无源前端整流器的基础上必须增加有源功率因数校正电路。

近年来蓬勃发展的新型AC-DC变换器拓扑为降低输入侧电流谐波含量提供了不同的思路。2009年，国外学者提出了混合有源三次谐波注入变换器(H3C)，即在三相不控整流桥的基础上增加了有源器件构成的三次谐波注入电路，如图1中虚线框中电路所示，此电路向输入侧注入谐波电流，以补偿不控整流产生的谐波电流，从而使交流侧电流正弦化，且H3C的谐波注入电路不参与电压转换，还具有无功功率控制功能。2016年，文献(H.Wang,M.Su,Y.Sun,et al.Two-stage matrix converter based on third-harmonic injectiontechnique[J].IEEE Trans.Power Electron.,2016,31(1):533-547)将H3C应用于双级式矩阵变换器(TSMC)，构成了一种混合有源三次谐波注入矩阵变换器(Hybrid ActiveThird-Harmonic Injection Matrix Converter，H3IMC)，如图2所示。H3IMC是将H3C中的二极管替换为具有寄生二极管的IGBT等可控功率开关，以获得能量双向流动功能。H3IMC没有直流母线储能元件，因此具有传统TSMC的优点，即体积小、重量轻。此外，相较于TSMC，H3IMC还具有以下显著优点：(1)输入和输出控制上解耦，两级变换器可独立控制，无需传统TSMC因输入和输出耦合要求严格的协同配合控制策略，避免了传统TSMC调制算法实现的复杂性；(2)整流器采用不控整流，开关频率低，减少了开关损耗，提高了系统可靠性；(3)H3C电路的加入使得输入端电流高次谐波含量更少，有利于减轻输入滤波器设计的压力，同时，其直流母线电压为平滑的六脉波，电磁兼容性更好。