基于3-1MC的三端口变换器研究

发布时间：2020-06-14 21:01

【摘要】：多端口变换器(Multi-Port Converter,MPC)采用单个功率变换器取代多个独立功率变换单元,实现多个独立功率变换单元结构与功能合并、集中的功率转换和控制,具有功率密度高、转换级数少以及响应速度快的优势。随着多端口变换器的深入研究,在功率密度、转换效率及稳定性上具有更严苛的要求。三相-单相矩阵变换器(Three-phase to single-phase matrix converter,3-1MC)作为矩阵变换器的衍生型拓扑,具有电能变换级数少、高功率密度、结构易于模块化和拓展化等优点。本文在3-1MC的基础上结合高频链技术,利用多绕组高频变压器磁耦合拓展成多端口变换器,该变换器可提供单级功率传送的交直流混合端口,兼备矩阵变换器和多端口的优点,解决了现有交直流混合多端口变换器存在多级电能变换环节的缺陷。本文首先阐述了高频链矩阵变换器和多端口变换器的拓扑结构及现状,提出基于3-1MC的三端口变换器(Three-port Converter Based on 3-1MC,TPC-BO-3-1MC)拓扑结构,介绍其基本构成及特点,提出了一种基于双极性空间矢量调制和移相调制的协调调制策略。其次,建立三端口变换器的Y形等效模型和Δ形等效模型,对该拓扑的功率传输能力进行详细的分析,推导出各端口间功率数学关系式;在此基础上,给出协调调制策略下3-1MC部分空间矢量调制的占空比关系式,并分析了变换器传输功率大小的影响因素。再次,以大规模电动汽车集成至电网为研究背景,采用该三端口变换器作为充电机拓扑;根据Δ形等效模型下,3-1MC输入端电流幅值与控制变量(移相角)的数学关系,提出一种固定3-1MC调制系数、变换器输入电流幅值由移相角Ф_(12)和Ф_(13)协调分配控制的闭环控制策略。实现了各端口间功率独立控制、网侧单位功率因数运行和电池分段式充放电控制。在MATLAB中搭建了三端口变换器闭环系统仿真模型,仿真实验验证了所提控制策略的正确性。最后,搭建TPC-BO-3-1MC的开环实验样机平台,详细分析了实验样机相关元器件的参数设计和软件设计流程,实验结果验证了本文所提拓扑结构及调制策略的正确性和可行性。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM46
【图文】：

物图如图 4-2 所示，实验平台设计主要包括硬件和软件两部分的设计，硬件包括 TPC-BO-3-1MC 主电路、高频变压器、驱动电路、信号调理电路及主路；软件部分采用 DSP+CPLD 构成双 CPU 控制系统，用于变换器调制算法现，其中 DSP 型号为 TMS320F28335，CPLD 型号为 EPM570t144。信号调理电路CPLD控制器EPM570TSMC320F28335DSP控制器驱动电路3-1MCFBC1FBC212路PWM8路PWMADCusausbusc保护信号负载T图 4-1 TPC-BO-3-1MC 实验系统结构框图

cnt:=0;end if;end if;end process;图 4-13 死区延时程序4.3.2.3 CPLD 的模块化设计根据自顶向下的设计方案，采用模块化程序设计思路，可快速完成程序编译及系统调试。CPLD 模块化程序设计的具体实现流程，先将系统控制程序化分成若干子模块，实验中主要子模块有功率开关管解码及保护模块、主电路驱动信号输出及死区延时模块；再完成对各子模块的输入输出逻辑功能的实现，实验中使用 VHDL 语言实现子模块输入输出逻辑关系，并设置为可调用模块形式；最后将所有的子模块在顶层模块中，按照各个子模块间的逻辑关系有机的连接，完成整个 CPLD 控制程序的实现，CPLD 程序顶层原理图如图 4-14 所示。

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本文编号：2713354