[发明专利]一种高效双向功率变换模块可靠并联控制系统及方法

说明书

本公开属于高性能功率变换系统先进控制技术领域，具体涉及一种高效双向功率变换模块可靠并联控制系统及方法，包括双极性电流空间矢量调制模块、输入均流反步控制模块和输出均压反步控制模块；其中，所述输入均流反步控制模块包括输出电流外环反步控制器、输出电压中环反步控制单元、输入电流内环反步控制单元；所述输出均压反步控制模块包括输出电压外环反步控制单元和输入电流内环反步控制单元；大幅降低了开关管的电流应力和电压应力，采用模块化设计，易于扩容；从能量守恒的角度分析，以各模块输出均压和输入均流作为切入点，通过功率均衡反步控制方法实现模块间功率均衡，有效提高了并联系统的安全可靠性。

技术领域

本公开属于高性能功率变换系统先进控制技术领域，具体涉及一种高效双向功率变换模块可靠并联控制系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

高效双向功率变换系统广泛应用于电动汽车充电、动力电池测试、电池储能等应用，是上述应用的共性关键技术。常规功率变换系统常采用AC/DC和DC/DC的两级式结构，不仅需要较多的功率开关，驱动电路设计繁杂，而且直流母线电容体积庞大，使得该方案的效率和功率密度难以进一步提升。高频链矩阵变换器是一种三相单级高频隔离型AC/DC变换器，其驱动设计简单，无需直流母线电容，具有高效率、高功率密度和高可靠性等优势，是传统两级功率变换拓扑的理想替代方案。

随着电池系统的电压和容量不断提高，功率变换系统的电压和功率等级大幅提升，进而导致功率开关器件成本指数级增长，已严重制约其市场应用。国内外学者提出诸如多电平、串并联等技术。然而，由于双向开关的存在，矩阵变换器的多电平调控技术极其复杂，不利于工程应用；在实际应用中常存在电感、电容器件参数不一致，导致串并联模块间功率不均衡，降低系统运行可靠性。

发明内容

为了解决上述问题，本公开提出了一种高效双向功率变换模块可靠并联控制系统及方法，设计了一种输入侧并联输出侧串联模块化高频链矩阵变换器(IPOS-HFLMC)，大幅降低了开关管的电流应力和电压应力，采用模块化设计，易于扩容；从能量守恒的角度分析，以各模块输出均压和输入均流作为切入点，通过功率均衡反步控制方法实现模块间功率均衡，有效提高了并联系统的安全可靠性。

根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种模块化高频链矩阵变换器，采用如下技术方案：

一种模块化高频链矩阵变换器，包括第一高频链矩阵变换器子模块和第二高频链矩阵变换器子模块；

所述第一高频链矩阵变换器子模块与所述第二高频链矩阵变换器子模块的三相输入端均并联接入三相电网，所述第一高频链矩阵变换器子模块输出电容的负极与所述第二高频链矩阵变换器子模块输出电容的正极相连接，所述第一高频链矩阵变换器子模块输出电容的正极连接负载电池的正极，所述第二高频链矩阵变换器子模块输出电容的负端连接电池负载的负极。

根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种高效双向功率变换模块可靠并联控制系统，采用了第一方案中所提供的模块化高频链矩阵变换器，采用如下技术方案：

一种高效双向功率变换模块可靠并联控制系统，包括：

双极性电流空间矢量调制模块、输入均流反步控制模块和输出均压反步控制模块；其中，所述输入均流反步控制模块包括输出电流外环反步控制器、输出电压中环反步控制单元、输入电流内环反步控制单元；所述输出均压反步控制模块包括输出电压外环反步控制单元和输入电流内环反步控制单元；

所述输出电流外环反步控制器根据接收到的给定的输出电流参考值以及模块化高频链矩阵变换器的输出电流实际值和输出电压实际值，得到每个高频链矩阵变换器子模块的输出电压参考值和输出电流误差变量；