一种面向储能系统的双向隔离型AC-DC矩阵变换器控制策略.pdf

第 42 卷 第 7 期2023 年 7 月电 工 电 能 新 技 术Advanced Technology of Electrical Engineering and EnergyVol.42,No.7Jul.2023收稿日期:2022-06-22基金项目:北京市自然科学基金项目(3222051、JL23001)作者简介:梅 杨(1981-),女,湖北籍,教授,博士,研究方向为电力电子与电力传动;慕月清(1997-),女,河南籍,硕士研究生,研究方向为电力电子与电力传动。一种面向储能系统的双向隔离型 AC-DC 矩阵变换器控制策略梅 杨,慕月清,赵英鹏(北京市变频技术工程技术研究中心,北方工业大学,北京 100144)摘要:为了满足网侧高电能质量以及储能元件安全可靠和长使用寿命的需求,本文针对双向隔离型 AC-DC 矩阵变换器提出了一套系统的控制策略,包括对系统的双闭环控制和变换器的后级单重移相调制方法。其中双闭环控制包含网侧电流内环控制和直流侧电流外环控制,调制方法中保持前后级电路间协调同步,前级电路采用双线电压调制方式,后级电路采用等比例移相调制方式。仿真和实验结果显示,变换器的网侧功率因数可达 0.99,直流侧电压纹波在 0.15%以内。直流侧电流指令突变时,电流跟踪速度快且无超调。因此,采用所提出的控制策略可以保证网侧电能质量高、直流侧具有良好的动静态特性。关键词:储能系统;AC-DC 矩阵变换器;控制策略;移相调制DOI:10.12067/ATEEE2206044 文章编号:1003-3076(2023)07-0059-09 中图分类号:TM461 引言 在储能系统中,双向功率变换器作为电网和储能元件的接口,是实现两者能量双向传输的一个关键环节1,2。高频变压器在双向功率变换器中的引入,使储能元件和电网之间的隔离被实现,系统运行更加安全可靠3,4。为了解决传统两级级联的双向功率变换器中大容量电容所引起的问题5,当前已提出了单级式变换器的拓扑结构。双向隔离型 AC-DC 矩阵变换器是近年来面向储能系统提出的较好的拓扑结构。与之前的变换器相比,该变换器具有转换级数少、传输效率高、无大容量储能单元、功率密度高等一系列优点6。目前针对储能系统中双向隔离型 AC-DC 矩阵变换器,常采用开环控制,其调制方法往往借鉴矩阵变换器中已提出的空间矢量调制,双线电压调制等方法7,8。由此双向隔离型 AC-DC 矩阵变换器的前级电路常采用双极性空间矢量或双线电压调制方法;后级电路常采用移相调制或互补调制方法,前后级电路间采用分段同步控制来协调配合9-11。近几年随着对电网电能质量和储能元件性能需求的提升,有文献在系统控制中采用了闭环控制的方法。针对变换器的并网运行模式,有文献提出采用网侧有功无功闭环控制策略,可以实现对网侧有功和无功功率的直接控制12,但无法对直流侧的性能进行有效的控制。文献13采用直流电压外环和交流电流内环的双闭环结构对变换器进行控制。由于没有对直流电流直接进行控制,对直流电流的控制效果不好。文献14提出了一种基于空间矢量调制和前后级间移相调制的闭环控制策略,该策略同时考虑了对直流侧和网侧性能的需求。但是该控制策略中所采用的前后级间移相调制方法将会引起高频电感和高频变压器上电流应力较大的问题。本文提出一种适用于双向隔离型 AC-DC 矩阵变换器的系统控制策略,将双闭环控制与变换器的后级单重移相调制方法相结合,能够同时满足电网侧的高电能质量和储能元件安全可靠充放电需求,即网侧电流正弦、电流与电压同相位、直流侧输出电压电流稳定、纹波小。本文对系统控制策略进行了相关的理论推导、仿真和实验验证。2 电路拓扑及工作原理 图 1 为双向隔离型 AC-DC 矩阵变换器的电路拓扑,该拓扑由输入滤波器、前级 3-1 矩阵变换电60 电 工 电 能 新 技 术第 42 卷 第 7 期路、电感、高频变压器、后级全桥电路、输出滤波器六个部分构成。图 1 双向隔离型 AC-DC 矩阵变换器拓扑Fig.1 Bidirectional isolated AC-DC matrix converter topology 参考双有源桥 DC-DC 变换器的控制思想,建立变换器中间电感两端的电压电流电路图如图 2 所示15,16。图 3 双向隔离型 AC-DC 矩阵变换器的控制结构图Fig.3 Control structure diagram of bidirectional isolated AC-DC matrix converter图 2 中间电感两端的电压电流电路图Fig.2 Voltage and current at ends of middle inductor由图 2 可知前级电路输出单相高频交流电压up,后级电路在变压器一次侧输出为单相高频交流电压 nus,n 为变压器的变比。两个电压源通过电感连接,电感 L 包括拓扑中的串联电感和变压器漏感。前后两级电压差施加在电感上,对等效电路使用基尔霍夫电压定律可得:LdiLdt=up-nus(1)3 系统控制策略 本文针对双向隔离型 AC-DC 矩阵变换器提出了一套系统的控制策略,为同时达到对直流侧性能和网侧电能质量的较好控制,可以确立双向隔离型AC-DC 矩阵变换器的控制结构如图 3 所示,它主要包括双闭环控制和后级单重移相调制方法两个部分。其中,双闭环控制实现变换器网侧电流和直流侧电流的有效控制,后级单重移相调制实现对变换器中开关器件开关状态的有效调制。梅 杨,慕月清,赵英鹏.一种面向储能系统的双向隔离型 AC-DC 矩阵变换器控制策略J.电工电能新技术,2023,42(7):59-67.61 3.1 双闭环控制 系统控制策略最核心的部分为双闭环控制,其中外环为直流电流环,内环为网侧电流环,从而保证网侧电流正弦、与电压同相位、直流侧电压电流稳定、纹波小,且电流突变时跟踪速度快、超调接近零、动静态性能好。外电流环通过改变网侧电流实现对直流侧电流的控制,PI 控制器的输出量为网侧 d 轴电流参考 igd,网侧 q 轴电流参考 igq给定 0 以保证网侧功率因数为 1;内环通过调整输入电流来调节网侧电流,PI 控制器的输出量与相应的解耦量求和,得到需要的输入电流指令 Ii。输入电流指令Ii需要经过相应的调制方法合成,形成相应的脉冲触发信号,从而达到对变换器整体的控制。双闭环 PI 控制中,为了得到网侧电流和输入侧电流之间的等量关系。需要建立网侧和输入侧之间电路的数学模型。电网、输入滤波器和矩阵变换电路的单相等效电路如图 4 所示。根据基尔霍夫电压和电流定律,得到网侧状态方程在三相坐标系中的表达式如式(2)所示。图 4 单相等效电路图Fig.4 Single-phase equivalent circuit diagramLfdigdt=-Rfig+ug-uiCfduidt=ig-ii(2)式中,Lf为网侧滤波器电感;Rf为滤波器电阻;Cf为滤波器电容;ug为等效单相网侧电压;ig为等效单相网侧电流;ui为等效单相输入侧电压;ii为等效单相输入侧电流。对三相交流的数学模型化简以便于分别控制,将三相静止坐标系中的表达形式在两相旋转坐标系中表示,变换中设定 d 轴与网侧电压矢量重合,则在该两相坐标系下有 ugq=0,用锁相环(Phase LockedLoop,PLL)得到 d、q 坐标变换和调制中需要的电网电压的相位角 i。设 ugui,将式(2)转换为在两相旋转坐标中的表达式并进一步推导可得输入电流iid和 iiq的表达式如式(3)所示,内电流环中可利用输入侧的电流去调节网侧电流,使网侧电流跟随输入侧电流变化。iid=(1-2iLfCf)igd-Cfddtugd-iCfLfddtigq-iCfRfigq+iCfugqiiq=(1-2iLfCf)igq-Cfddtugq+iCfLfddtigd+iCfRfigd-iCfugd(3)式中,ugd、ugq分别为网侧电压经过 d、q 轴变换后的分量;igd、igq分别为网侧电流经过 d、q 轴变换后的分量;iid、iiq分别为输入电流经过 d、q 轴变换后的分量;i为网侧交流电角频率。由式(3)可知输入电流 iid和 iiq除和 igd、igq相关外,还受到电压耦合项和电流耦合项的影响。为提高网侧电流的动态性能,有一些交叉的电压电流耦合项应该解耦处理,以便实现对 d、q 轴分别控制,引入 d、q 轴电流解耦项如式(4)所示。idcd=-iCfRfigq+iCfugqidcq=iCfRfigd-iCfugd(4)将内电流环中经过 PI 控制器的输出值加上解耦项式(4),即可得到 d、q 坐标系下的输入电流 iid和 iiq,经坐标变换可得变换器所需要的输入电流参考 Ii。输入电流 Ii需经相应的调制方法合成。3.2 调制方法 控制策略中采用后级单重移相的调制方法,该调制方法简单易实现,且电流应力小、损耗低、器件成本低,能保证系统安全可靠运行。变换器采用的调制方法具体为:前级电路采用双线电压调制,使用最大、次大以及零电压,同时为了保证中间高频电感上没有直流分量,高频交流电压采用正负交替的对称分布,由此得到一个控制周期内前级变换电路存在 5 种开关状态,其具体分布如图 5 所示。后级电路采用移相调制,高频电压为具有正负零电平的方波电压,前后级电路间进行分段同步控制。综合前后级电路间的开关状态排布,可以得到,利用该调制方法一个控制周期被分为九段,每一段时间内,变换器都处于不同的开关状态。通过对控制变量即移相角进行调整,可以合成输入电流指令 Ii,实现对变换器整流和逆变模式的双向控制。在该调制方法下前级 3-1 矩阵变换电路和后级全桥电路产生的高频交流电压、电感电流示意图如图5 所示。第一、第二开关状态持续时间为 d1Ts/2,3-1矩阵变换电路输出电压为 Umax。第三和第四开关状62 电 工 电 能 新 技 术第 42 卷 第 7 期图 5 整流模式下 3-1 矩阵变换电路和后级全桥电路产生的高频交流电压、电感电流示意图Fig.5 Schematic diagram of high-frequency AC voltageand inductor current generated by 3-1 matrix converter circuitand post-stage full-bridge circuit in rectifier mode态持续时间为 d2Ts/2,3-1 矩阵变换电路输出电压为Umed。在第五段间隔中输出电压为零矢量电压中的一个。图 5 中 Umax和 Umed分别为采用双线电压法时的最大线电压和次大线电压。后级全桥电路输出为正负零电平电压,T1、T2为后级电路每一段的移相调制作用时间,T1=d1Ts/4,T2=d2Ts/4,其中Ts=2/s,为移相角,整流模式下 0 /2,=2/,为移相比,取值范围为 0 1。由图 5 及式(1)可得图 5 中九段电感电流的表达式如式(5)所示,其中 iL0为电感电流初值。iL(t)=iL1(t)=iL0+UmaxL(t-t0)t0 t t1iL2(t)=iL(t1)+Umax-nUoL(t-t1)t1 t t2iL3(t)=iL(t2)+-UmaxL(t-t2)t2 t t3iL4(t)=iL(t3)+nUo-UmaxL(t-t3)t3 t t4iL5(t)=iL(t4)+UmedL(t-t4)t4 t t5iL6(t)=iL(t5)+Umed-nUoL(t-t5)t5 t t6iL7(t)=iL(t6)+-UmedL(t-t6)t6 t t7iL8(t)=iL(t7)+nUo-UmedL(t-t7)t7 t t8iL9(t)=iL0t8 t Ts(5)根据文献1关于对占空比的相关计算可得,在偶数扇区中 Umax、Umed和零电压分别作用对应的占空比 d1、d2、d0如式(6)所示:d1=msin6+i()d2=msin6-i()d0=1-d1-d2(6)式中,i为扇区角,取值范围为 0 i/6;m 为调制系数,取 1/2。同理可得在奇数扇区 Umax、Umed和零电压分别作用对应的占空比 d1、d2、d0如式(7)所示:d1=msin3-i()d2=msinid0=1-d1-d2(7)根据所求得的占空比表达式,可以得到期望输入相电流幅值 Ii以及输出电流 Io的表达式:Ii=14UosLn 1-|()(8)Io=38UisLn 1-|()cosi(9)式中,Ui为网侧电压幅值;Uo为输出电压;i为功率因数角;s为控制角频率。从式(8)、式(9)中可得在后级单重移相调制方法中移相角分别与输入输出电流的关系式。在控制过程中通过对调制方法中一个控制变量即移相角的适当调整,可较简单实现对变换器性能较好的控制效果,该调制方法可与整体控制结构形成合适的配合,最后达到对变换器一种较为简单实现的控制。4 仿真及分析 对以上推导的理论结果有效性进行验证,使用Matlab/Simulink 搭建本文提出的变换器控制系统整体模型,进行控制效果的仿真验证,仿真中设置的相关参数见表 1。表 1 变换器的仿真参数Tab.1 Simulation parameters of converter参数数值参数数值控制频率/kHz25变压器匝数比1.331输入电感/mH1中间电感/H87输入电容/F10输出电容/F470相电压幅值/V110直流电压/V130梅 杨,慕月清,赵英鹏.一种面向储能系统的双向隔离型 AC-DC 矩阵变换器控制策略J.电工电能新技术,2023,42(7):59-67.63 4.1 整流模式 整流模式下仿真中给定直流侧输出电流参考值为 2.54 A。直流侧与网侧电流双闭环控制稳态仿真结果如图 6 所示,从图 6(c)中可以看出输出电流可较好地达到给定参考量,波形稳定、波动小。分析图 6(b)可得直流侧输出电压纹波约为 0.12%。变换器的网侧功率因数指网侧电压与网侧电流之间相位差的余弦值,图 6(a)中网侧电压、电流相位差为8,由此可得到网侧功率因数为 0.99(cos8=0.99),a 相电流总谐波畸变(Total Harmonic Distor-tion,THD)为 2.12%。双闭环控制策略可以满足网侧电能质量和直流侧负载的基本需求,对变换器的输入输出性能实现良好的静态控制效果。图 6 整流模式下控制策略的稳态仿真结果Fig.6 Steady-state simulation results of control strategyin rectification mode为验证动态性能,0.03 s 时使输出电流由2.54 A突变为 2 A。从图 7 中可看出在 t=0.034 s时系统快速恢复稳定,无超调,且输出电流 io能够较好地随着参考值相应改变,网侧电压不变,三相电流相应变化,网侧 a 相电流 THD 为 3.76%。表明控制策略使变换器具有较好的动态特性。4.2 逆变模式 逆变模式下仿真中给定直流侧输出电流参考值为-1 A。直流侧与网侧电流控制稳态仿真结果如图8 所示,从图 8(c)中可以看出直流电流 idc较好地跟随给定参考电流值,波形稳定。从图 8(a)分析得到图 7 整流模式下控制策略的动态仿真结果Fig.7 Dynamic simulation results of control strategyin rectification mode网侧 a 相电流 THD 为 1.58%,电流与电压相位差约为 180,功率因数为-0.989。图 8(b)中可得输出电压纹波约为 0.08%,输出电压和输出电流波动小。控制策略同样使变换器具有良好的静态特性,整体电能质量高,可以实现功率的双向传输要求。图 8 逆变模式下控制策略的稳态仿真结果Fig.8 Steady-state simulation results of controlstrategy in inverter mode64 电 工 电 能 新 技 术第 42 卷 第 7 期为了验证动态性能,当 0.1 s 时使输出电流由-1 A突变为-1.5 A。从仿真结果图 9 中可以看出在突变瞬间电流有小幅波动,t=0.12 s 时系统快速恢复稳定,无超调,且输出电流 idc能够随着给定参考量的不同而相应改变,网侧三相电压不变,电流相应变化,网侧 a 相电流 THD 为 2.1%。表明控制策略使系统具有良好的动态性能。图 9 逆变模式下控制策略的动态仿真结果Fig.9 Dynamic simulation results of controlstrategy in inverter mode5 实验验证 为验证所提出控制策略的可行性与有效性,在一台双向隔离型 AC-DC 矩阵变换器的样机上进行实验,实验平台如图 10 所示,实验关键参数见表 2。图 10 实验平台Fig.10 Photo of experimental platform表 2 实验关键参数Tab.2 Experimental parameters参数数值参数数值控制频率/kHz25变压器匝数比1.331输入电感/mH200中间电感/H87输入电容/F4输出电容/F24相电压幅值/V55直流电压/V81.765.1 整流模式 实验中给定直流侧输出电流参考值为 1.2 A。直流侧与网侧电流双闭环控制实验结果如图 11 所示,网侧电流与电压相位差基本为 0,网侧 a 相电流 THD 为 2.54%,输出电压和输出电流波动小,波形平稳。实验结果表明采用提出的系统控制策略,可以同时达到对网侧和直流侧性能的较好控制。为了验证系统动态性能,使得直流侧输出电流从0.3 A突变为 1.2 A,实验结果如图 12 所示。从图12(a)中可以看出电流突变时,经过 1.04 s 的时间,电流能够跟踪上参考值,系统快速达到新的稳定状态。网侧输入 a 相电流跟随直流侧电流变化而变化。直流侧电流控制策略使变换器具有良好的动态特性。图 11 整流模式下控制策略的稳态实验波形Fig.11 Steady-state experimental waveform ofcontrol strategy in rectification mode5.2 逆变模式 同样实验条件下,逆变模式中给定直流侧输出电流参考值为-1.2 A。双闭环控制稳态实验结果如图 13 所示,分析可得网侧 a 相电流 THD 大小为4.57%,网侧电流与电压相位差约为 180,直流侧输出电压纹波较小,输出电流较好地达到给定值,波形稳定。实验表明提出的控制策略使变换器具有良好的静态特性,整体电能质量高,实现功率双向传输。为了验证系统动态性能,使得输出电流从-0.3 A 突变为-1.2 A,实验结果如图 14 所示。从图 14(a)中可以看出,发生电流突变时,经过 1.52 s,电流能够跟踪上参考值,系统快速达到新的稳定状态,输入 a相电流跟随直流侧电流变化而变化,逆变模式下系统控制策略同样使变换器具有较好的动态特性。梅 杨,慕月清,赵英鹏.一种面向储能系统的双向隔离型 AC-DC 矩阵变换器控制策略J.电工电能新技术,2023,42(7):59-67.65 图 12 整流模式下控制策略的动态实验波形Fig.12 Dynamic experimental waveform of controlstrategy in rectification mode图 13 逆变模式下控制策略的稳态实验波形Fig.13 Steady-state experimental waveform ofcontrol strategy in inverter mode5.3 整流与逆变模式的切换 图 15 为双闭环控制策略下整流模式向逆变模式切换的实验波形。可以看出不同工作模式之间切换速度快、过渡时间较短、波形切换平滑。6 结论 本文针对储能系统用双向隔离型 AC-DC 矩阵变换器,提出一种系统控制策略,对提出的策略进行了理论分析与相应的仿真和实验验证,结果证明所提出的控制策略具有以下优势:(1)电网侧功率因数可达 0.99,网侧电流正弦,直流侧电流电压波形平稳,纹波在 0.15%以内,具有良好的网侧电能质量和直流侧静态性能。(2)直流侧电流发生突变,充电情况下动态跟踪时间在 1.1 s 以内,放电时间在 1.6 s 以内,电流跟踪速度快、超调接近零、直流侧动态特性好。图 14 逆变模式下控制策略的动态实验波形Fig.14 Dynamic experimental waveform of controlstrategy in inverter mode图 15 整流模式与逆变模式间切换实验结果Fig.15 Experimental results of switching between rectifiermode and inverter参考文献(References):1 刘子毓.双向隔离型 AC-DC 矩阵变换器控制策略研究D.北京:北方工业大学,2020.Liu Ziyu.Research on control strategy of bidirectional iso-lated AC-DC matrix converter D.Beijing:North ChinaUniversity of Technology,2020.2 Stecca M,Elizondo L R,Soeiro T B,et al.A comprehen-sive review of the integration of battery energy storage sys-tems into distribution networks J.IEEE Open Journalof the Industrial Electronics Society,2020,1:46-65.3 Espelage P M,Bose B K.High-frequency link power con-version J.IEEE Transactions on Industry Applications,1977,13(5):387-394.4 张航,李耀华,高范强,等.级联矩阵型交直流电力电子变压器预充电策略 J.电工电能新技术,2020,39(6):1-9.66 电 工 电 能 新 技 术第 42 卷 第 7 期Zhang Hang,Li Yaohua,Gao Fanqiang,et al.Pre-charge strategy for a cascaded matrix AC/DC power elec-tronic transformer J.Advanced Technology of ElectricalEngineering and Energy,2020,39(6):1-9.5 Wang H,Blaabjerg F.Reliability of capacitors for DC-linkapplications in power electronic convertersAn overviewJ.IEEE Transactions on Industry Applications,2014,50(5):3569-3578.6 Varajo D,Miranda L M,Rui E A,et al.Power transform-er for a single-stage bidirectional and isolated AC-DC ma-trix converter for energy storage systems A.42th Annu-al Conference of the IEEE Industrial Electronics SocietyC.Florence,Italy,2016.1149-1155.7 陈才学,谢运祥,李辉.基于矩阵变换器双馈风力发电系统矢量解耦控制 J.电工电能新技术,2013,32(4):35-39,54.Chen Caixue,Xie Yunxiang,Li Hui.Vector decouplingcontrol for AC exited of DFIG wind power generator systembased on matrix converter J.Advanced Technology ofElectrical Engineering and Energy,2013,32(4):35-39,54.8 文锋,姜久春.基于矩阵变换器的 AC/DC 变换器J.电工技术学报,2009,24(3):128-131.Wen Feng,Jiang Jiuchun.AC/DC converter based on ma-trix converter J.Transactions of China ElectrotechnicalSociety,2009,24(3):128-131.9 梅杨,黄伟超,刘子毓.矩阵式隔离型双向 AC-DC 变换器控制策略 J.电工技术学报,2019,34(12):2499-2506.Mei Yang,Huang Weichao,Liu Ziyu.Bidirectional andisolated AC-DC converter based on reduced matrix con-verter J.Transactions of China Electrotechnical Socie-ty,2019,34(12):2499-2506.10 梅杨,李梦笛,牛世衡.基于脉冲重心理论的间接矩阵变换器网侧电流谐波抑制方法 J.电工电能新技术,2020,39(12):19-27.Mei Yang,Li Mengdi,Niu Shiheng.Harmonic suppres-sion method based on the pulse barycenter theory for thegrid current of indirect matrix converter J.AdvancedTechnology of Electrical Engineering and Energy,2020,39(12):19-27.11 梅杨,鲁乔初,牛世衡,等.适用于电压尖峰抑制的间接矩阵变换器电路杂散电感建模与优化设计 J.电工电能新技术,2020,39(4):27-33.Mei Yang,Lu Qiaochu,Niu Shiheng,et al.Stray in-ductance modeling and optimal design of indirect matrixconverter circuit for voltage spike suppression J.Ad-vanced Technology of Electrical Engineering and Energy,2020,39(4):27-33.12 Shigeuchi K,Xu J,Shimosato N,et al.A new modulationmethod applying optimal duty cycle and phase shift for bi-directional isolated three-phase AC/DC converter based onmatrix converter A.2018 International Power Electron-ics Conference C.Niigata,Japan,2018.3514-3521.13 Fang F,Tian H,Li Y.Coordination control of modulationindex and phase shift angle for current stress reduction inisolated AC-DC matrix converter J.IEEE Transactionson Power Electronics,2021,36(4):4585-4596.14 Varajao D,Araujo R E,Miranda L M,et al.Modulationstrategy for a single-stage bidirectional and isolated AC-DCmatrix converter for energy storage systems J.IEEETransactions on Industrial Electronics,2018,65(4):3458-3468.15 Schrittwieser L,Leibl M,Kolar J W.99%efficient isola-ted three-phase matrix-type DAB buck-boost PFC rectifierJ.IEEE Transactions on Power Electronics,2020,35(1):138-157.16 张佳劲,王学梅,张波,等.基于动态矩阵控制的双有源桥变换器的动态特性研究 J.电工电能新技术,2019,38(8):27-35.Zhang Jiajin,Wang Xuemei,Zhang Bo,et al.Dynamiccharacteristics of dual active bridge converter based on dy-namic matrix control J.Advanced Technology of Elec-trical Engineering and Energy,2019,38(8):27-35.梅 杨,慕月清,赵英鹏.一种面向储能系统的双向隔离型 AC-DC 矩阵变换器控制策略J.电工电能新技术,2023,42(7):59-67.67 A bidirectional isolated AC-DC matrix converter control strategy for energystorage systemsMEI Yang,MU Yueqing,ZHAO Yingpeng(Inverter Technology Engineering Research Center in Beijing,North China University of Technology,Beijing 100144,China)Abstract:In order to meet the requirements of high power quality on the network side as well as the safety,relia-bility and long service life of energy storage components,this paper proposes a system control strategy for a bidirec-tional isolated AC-DC matrix converter,including a double closed-loop control of the system and a single-weightedphase-shift modulation method for the rear stage of the converter.The double closed-loop control includes the inter-nal loop control of the grid-side current and the external loop control of the DC-side current,and the modulationmethod keeps the coordination and synchronization between the front and back stage circuits,and the front stagecircuit uses the two-line voltage modulation method and the back stage circuit uses the equal proportional phase shiftmodulation method.Simulation and experimental results indicate that the grid-side power factor of the converter canreach 0.99 and the DC-side voltage ripple is within 0.15%.The current tracking is fast and overshoot-free when theDC-side current command changes abruptly.Therefore,the proposed control strategy can ensure high power qualityon the network side and good dynamic and static characteristics on the DC side.Key words:energy storage system;AC-DC matrix converter;control strategy;phase shift modulation