北京
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導語
為了實現雙向隔離型AC-DC矩陣變換的高效運行，北方工業大學梅楊教授團隊在《電工技術學報》2026年第4期提出了一種最小開關損耗控制方法。該方法基于雙線電壓調制策略，建立了開關器件損耗模型，引入基于序列二次規劃算法（SQP）的優化方法，以輸入功率和移相角范圍為限定條件，對開關損耗進行最小化尋優，實時計算最優的移相角組合，并應用于變換器的控制過程，保證了變換器的開關損耗最小。
研究背景
雙向隔離型AC-DC矩陣變換器具有能量雙向流動、功率密度高等一系列優點，在儲能系統、新能源汽車充電等領域具有良好的應用前景，但現有的控制方法無法直接對變換器損耗進行優化控制，難以支撐變換器的高效率運行。
論文所解決的問題及意義
本文主要解決了雙向隔離型AC-DC矩陣變換器由于開關器件數量較多，在運行過程中開關過程復雜，開關損耗難以優化的難題。降低開關損耗、提高運行效率，有助于提升雙向隔離型AC-DC矩陣變換器的性能水平和功率密度，增強其在寬功率范圍、狹小安裝空間下的適用性，有利于推動其在電化學儲能系統、新能源汽車車載充電等場景中的應用，對促進新型電力系統中先進電力電子設備的發展具有積極意義。
論文方法及創新點
本文提出了一種最小開關損耗控制方法，主要包括三個部分：三重移相調制方法、開關損耗模型以及調制參數尋優。
圖1 最小開關損耗控制框圖
1、三重移相調制方法
通過擴大可調移相角數量，最大限度的發揮雙線電壓調制策略的優勢，為尋求最小開關損耗提供了方法基礎。
2、開關損耗模型
針對雙線電壓調制下電感電流難以直接求解的問題，通過對高頻電壓進行分解，確定各時刻電感電流的大小，在此基礎上建立了開關損耗模型，為后續調制參數尋優提供了理論基礎。
3、調制參數尋優
引入SQP優化算法對移相角進行尋優，實現了較寬功率范圍內開關損耗最小，從而提升了變換器整體運行效率。
4、實驗驗證
在1.5kW樣機上進行了實驗驗證，網側a相電壓和電流相位相同，直流側電壓平穩。對a相電流進行FFT分析，THD為3.38%。
圖2 網側a相,直流側電壓、電流波形
在不同工況下的效率曲線顯示，該變換器的效率最高可達到96.89%，同時變換器在寬功率范圍內均可實現94%以上的效率。
圖3 實驗效率曲線
結論
1）采用所提出的控制方法，變換器網側電流為平衡的三相正弦波形，功率因數接近于1，直流側電壓穩定，電流紋波率小，具有良好的輸入輸出性能。
2）通過采用所提出的控制方法，該變換器實現了電力電子器件的開關損耗最小，保證了在寬功率范圍條件下的高效率運行。
團隊介紹
梅楊
博士，教授。 研究方向為電力電子與電力傳動、新型電力電子變換器、交流電機高性能控制等。
石儀
碩士研究生，研究方向為電力電子與電力傳動。
張家奇
碩士，研究方向為電力電子與電力傳動。
本工作成果發表在2026年第4期《電工技術學報》，論文標題為“雙向隔離型AC-DC矩陣變換器最小開關損耗控制方法“。本課題為北京市自然科學基金資助項目。
引用本文
梅楊, 石儀, 張家奇. 雙向隔離型AC-DC矩陣變換器最小開關損耗控制方法[J]. 電工技術學報, 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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