北京
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导语
为了实现双向隔离型AC-DC矩阵变换的高效运行，北方工业大学梅杨教授团队在《电工技术学报》2026年第4期提出了一种最小开关损耗控制方法。该方法基于双线电压调制策略，建立了开关器件损耗模型，引入基于序列二次规划算法（SQP）的优化方法，以输入功率和移相角范围为限定条件，对开关损耗进行最小化寻优，实时计算最优的移相角组合，并应用于变换器的控制过程，保证了变换器的开关损耗最小。
研究背景
双向隔离型AC-DC矩阵变换器具有能量双向流动、功率密度高等一系列优点，在储能系统、新能源汽车充电等领域具有良好的应用前景，但现有的控制方法无法直接对变换器损耗进行优化控制，难以支撑变换器的高效率运行。
论文所解决的问题及意义
本文主要解决了双向隔离型AC-DC矩阵变换器由于开关器件数量较多，在运行过程中开关过程复杂，开关损耗难以优化的难题。降低开关损耗、提高运行效率，有助于提升双向隔离型AC-DC矩阵变换器的性能水平和功率密度，增强其在宽功率范围、狭小安装空间下的适用性，有利于推动其在电化学储能系统、新能源汽车车载充电等场景中的应用，对促进新型电力系统中先进电力电子设备的发展具有积极意义。
论文方法及创新点
本文提出了一种最小开关损耗控制方法，主要包括三个部分：三重移相调制方法、开关损耗模型以及调制参数寻优。
图1 最小开关损耗控制框图
1、三重移相调制方法
通过扩大可调移相角数量，最大限度的发挥双线电压调制策略的优势，为寻求最小开关损耗提供了方法基础。
2、开关损耗模型
针对双线电压调制下电感电流难以直接求解的问题，通过对高频电压进行分解，确定各时刻电感电流的大小，在此基础上建立了开关损耗模型，为后续调制参数寻优提供了理论基础。
3、调制参数寻优
引入SQP优化算法对移相角进行寻优，实现了较宽功率范围内开关损耗最小，从而提升了变换器整体运行效率。
4、实验验证
在1.5kW样机上进行了实验验证，网侧a相电压和电流相位相同，直流侧电压平稳。对a相电流进行FFT分析，THD为3.38%。
图2 网侧a相,直流侧电压、电流波形
在不同工况下的效率曲线显示，该变换器的效率最高可达到96.89%，同时变换器在宽功率范围内均可实现94%以上的效率。
图3 实验效率曲线
结论
1）采用所提出的控制方法，变换器网侧电流为平衡的三相正弦波形，功率因数接近于1，直流侧电压稳定，电流纹波率小，具有良好的输入输出性能。
2）通过采用所提出的控制方法，该变换器实现了电力电子器件的开关损耗最小，保证了在宽功率范围条件下的高效率运行。
团队介绍
梅杨
博士，教授。 研究方向为电力电子与电力传动、新型电力电子变换器、交流电机高性能控制等。
石仪
硕士研究生，研究方向为电力电子与电力传动。
张家奇
硕士，研究方向为电力电子与电力传动。
本工作成果发表在2026年第4期《电工技术学报》，论文标题为“双向隔离型AC-DC矩阵变换器最小开关损耗控制方法“。本课题为北京市自然科学基金资助项目。
引用本文
梅杨, 石仪, 张家奇. 双向隔离型AC-DC矩阵变换器最小开关损耗控制方法[J]. 电工技术学报, 2026, 41(4): 1414-1424. Mei Yang, Shi Yi, Zhang Jiaqi. Minimum Switching Loss Control Method for Bidirectional Isolated AC-DC Matrix Converters. Transactions of China Electrotechnical Society, 2026, 41(4): 1414-1424.
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