【摘要】：多端口變換器(Multi-Port Converter,MPC)采用單個功率變換器取代多個獨立功率變換單元,實現(xiàn)多個獨立功率變換單元結(jié)構(gòu)與功能合并、集中的功率轉(zhuǎn)換和控制,具有功率密度高、轉(zhuǎn)換級數(shù)少以及響應(yīng)速度快的優(yōu)勢。隨著多端口變換器的深入研究,在功率密度、轉(zhuǎn)換效率及穩(wěn)定性上具有更嚴苛的要求。三相-單相矩陣變換器(Three-phase to single-phase matrix converter,3-1MC)作為矩陣變換器的衍生型拓撲,具有電能變換級數(shù)少、高功率密度、結(jié)構(gòu)易于模塊化和拓展化等優(yōu)點。本文在3-1MC的基礎(chǔ)上結(jié)合高頻鏈技術(shù),利用多繞組高頻變壓器磁耦合拓展成多端口變換器,該變換器可提供單級功率傳送的交直流混合端口,兼?zhèn)渚仃囎儞Q器和多端口的優(yōu)點,解決了現(xiàn)有交直流混合多端口變換器存在多級電能變換環(huán)節(jié)的缺陷。本文首先闡述了高頻鏈矩陣變換器和多端口變換器的拓撲結(jié)構(gòu)及現(xiàn)狀,提出基于3-1MC的三端口變換器(Three-port Converter Based on 3-1MC,TPC-BO-3-1MC)拓撲結(jié)構(gòu),介紹其基本構(gòu)成及特點,提出了一種基于雙極性空間矢量調(diào)制和移相調(diào)制的協(xié)調(diào)調(diào)制策略。其次,建立三端口變換器的Y形等效模型和Δ形等效模型,對該拓撲的功率傳輸能力進行詳細的分析,推導出各端口間功率數(shù)學關(guān)系式;在此基礎(chǔ)上,給出協(xié)調(diào)調(diào)制策略下3-1MC部分空間矢量調(diào)制的占空比關(guān)系式,并分析了變換器傳輸功率大小的影響因素。再次,以大規(guī)模電動汽車集成至電網(wǎng)為研究背景,采用該三端口變換器作為充電機拓撲;根據(jù)Δ形等效模型下,3-1MC輸入端電流幅值與控制變量(移相角)的數(shù)學關(guān)系,提出一種固定3-1MC調(diào)制系數(shù)、變換器輸入電流幅值由移相角Ф_(12)和Ф_(13)協(xié)調(diào)分配控制的閉環(huán)控制策略。實現(xiàn)了各端口間功率獨立控制、網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)運行和電池分段式充放電控制。在MATLAB中搭建了三端口變換器閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型,仿真實驗驗證了所提控制策略的正確性。最后,搭建TPC-BO-3-1MC的開環(huán)實驗樣機平臺,詳細分析了實驗樣機相關(guān)元器件的參數(shù)設(shè)計和軟件設(shè)計流程,實驗結(jié)果驗證了本文所提拓撲結(jié)構(gòu)及調(diào)制策略的正確性和可行性。
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM46
【圖文】：

物圖如圖 4-2 所示，實驗平臺設(shè)計主要包括硬件和軟件兩部分的設(shè)計，硬件包括 TPC-BO-3-1MC 主電路、高頻變壓器、驅(qū)動電路、信號調(diào)理電路及主路；軟件部分采用 DSP+CPLD 構(gòu)成雙 CPU 控制系統(tǒng)，用于變換器調(diào)制算法現(xiàn)，其中 DSP 型號為 TMS320F28335，CPLD 型號為 EPM570t144。信號調(diào)理電路CPLD控制器EPM570TSMC320F28335DSP控制器驅(qū)動電路3-1MCFBC1FBC212路PWM8路PWMADCusausbusc保護信號負載T圖 4-1 TPC-BO-3-1MC 實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

cnt:=0;end if;end if;end process;圖 4-13 死區(qū)延時程序4.3.2.3 CPLD 的模塊化設(shè)計根據(jù)自頂向下的設(shè)計方案，采用模塊化程序設(shè)計思路，可快速完成程序編譯及系統(tǒng)調(diào)試。CPLD 模塊化程序設(shè)計的具體實現(xiàn)流程，先將系統(tǒng)控制程序化分成若干子模塊，實驗中主要子模塊有功率開關(guān)管解碼及保護模塊、主電路驅(qū)動信號輸出及死區(qū)延時模塊；再完成對各子模塊的輸入輸出邏輯功能的實現(xiàn)，實驗中使用 VHDL 語言實現(xiàn)子模塊輸入輸出邏輯關(guān)系，并設(shè)置為可調(diào)用模塊形式；最后將所有的子模塊在頂層模塊中，按照各個子模塊間的邏輯關(guān)系有機的連接，完成整個 CPLD 控制程序的實現(xiàn)，CPLD 程序頂層原理圖如圖 4-14 所示。

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