【摘 要】
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隔离型AC-DC矩阵变换器（Isolated AC-DC matrix converter,IAMC）具有能量可双向流动、输入电流正弦、电能转换级数少、直流侧无需大电容和功率密度大等一系列优点,在储能系统、风力发电系统、直流微电网系统、V2G系统、光伏模拟装置系统中广泛应用。为了滤除三相-单相矩阵变换器（Three-phase to single-phase matrix converter,3-
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隔离型AC-DC矩阵变换器（Isolated AC-DC matrix converter,IAMC）具有能量可双向流动、输入电流正弦、电能转换级数少、直流侧无需大电容和功率密度大等一系列优点,在储能系统、风力发电系统、直流微电网系统、V2G系统、光伏模拟装置系统中广泛应用。为了滤除三相-单相矩阵变换器（Three-phase to single-phase matrix converter,3-1MC）中双向功率开关产生的高次谐波,使网侧电流正弦化,通常在电网和3-1MC之间设置输入LC滤波器,但引入滤波器后网侧电流会超前电压一个相位角,影响网侧功率因数。因此,设计相应的IAMC控制策略来提高网侧功率因数和输入输出波形质量成为IAMC在工业领域中亟需解决的问题。首先,详细介绍了一种基于双极性电流空间矢量调制和移相调制相结合的IAMC协调调制策略,并对其两端的功率传输关系进行了推导和分析。根据输入滤波等效电路建立了IAMC网侧数学模型,并在此基础上推导网侧功率因数角与输入功率因数角的关系式,定量分析了主电路各参数对网侧功率因数的影响。其次,针对IAMC网侧功率因数低的问题,提出一种基于虚拟电容的无功电流补偿算法,不同负载条件下该算法可在有效地提高变换器并网质量。此外,通过引入虚拟电阻对LC滤波器的阻尼比进行补偿,抑制变换器网侧电流的谐振尖峰。针对直流侧电流给定阶跃变化时存在的暂态问题,引入一种输入整形策略,可减小暂态过程中网侧电流振荡。搭建IAMC的MATLAB仿真模型,仿真结果可充分验证所提控制策略的优越性。最后,搭建IAMC实验平台,对系统主电路相关元器件进行选型和参数整定,同时设计DSP和CPLD控制器中的软件程序。对系统实验波形进行分析,其结果与理论分析一致,再次对所提控制策略的正确性进行了验证。
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