高频链型矩阵变换器调制及其控制策略研究

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随着日益严峻的能源短缺问题以及双碳战略的全面推进,电动汽车也迎来高速发展时期。解决电动汽车续航以及促进电动汽车行业发展的V2G技术也成为众多研究者关注点之一。在该技术中双向电池充电器起着至关重要的作用。高频磁链型矩阵变换器(HFLMC)具有电气隔离、网侧电流正弦、功率因数可调、功率双向流动、功率密度高等优势,在V2G变换器中发展前景广阔。但是其结构复杂使得调制方案难以合理选取,并需要更优的控制策略提高并网电流动态性能,因此本文主要研究HFLMC的调制以及控制策略,让装置可以更好的实现电动汽车与电网的良好的能量交互。本文首先介绍了 HFLMC的拓扑结构,并对其工作原理进行阐述;其次,针对HFLMC常用的双极性电流空间矢量调制策略易受到中间级高频变压器漏感的影响进而引起可靠性低的问题,设计了配合后级单相全桥变换器移相调制的双极性电流空间矢量策略,分析其调制策略的调制原理,推导出一般化的占空比表达式。然后根据单移相控制的原理,对单相全桥变换器进行移相操作,使得系统可以实现电网与电动汽车之间的功率流动。为了更好的达到装置功率因数可调以及接口端电流质量优良的目的,在HFLMC模型的基础上,设计了双闭环电流电压控制策略。对于通常使用的PI双闭环控制,分析了该控制下存在多组PI参数难以匹配和整定,且易造成系统动态响应慢等问题。基于此,本文提出了一种改进型连续控制集模型预测控制(CCS-MPC)策略,在评价函数中引入了跟踪误差项,并进一步设计一种在线遍历寻优的权重系数方案来实现预测控制对变换器的最佳控制,抑制其网侧电流畸变和振荡,提高了系统的动态响应性能。最后基于Matlab/Simulink的仿真系统对所设计的配合移相控制的双极性电流空间调制策略以及提出的改进型 CCS-MPC 进行仿真验证。搭建基于STM32F407ZGT6+EPM240作为核心控制器的HFLMC的实验样机来进行算法的实验验证。所提出的改进型CCS-MPC控制策略经仿真和实验的多组算法具体比对后验证了其可用于HFLMC的控制并且在所提出算法的控制下,HFLMC动态响应快,网侧电流波形质量好。
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