基于电流滞环控制的Z源光伏并网系统研究

Z源光伏并网系统中,对于Z源的控制,必须在控制信号中加入直通时间,结合滞环的特点,提出一种适用于Z源光伏并网系统的定频电流滞环控制算法。设定滞环电流轨迹,固化零电压作用时间,开关周期固定插入直通时间。该算法保留了传统滞环控制动态响应速度快,跟踪精确度高,稳定性高等优点,克服了传统滞环控制开关频率不固定而带来的开关损耗大及滤波器设计困难的缺点。在该算法控制下,直流侧经Z源的升压后,使并网电流大大提升;直流侧电压波动得到有效的抑制;系统能有效地跟踪电网电压,保证并网电流与电网电压保持同相。通过仿真与传统滞环控制比较,并经过实验验证,证明了该算法的可行性。

Z-源逆变器PWM调制策略的分析与比较

Z-源逆变器是一种具有升/降压功能的单级逆变器,较之应用广泛的电压源逆变器和级联Boost斩波电路的电压源逆变器,具有结构简单、整机效率高和系统安全可靠等优点。本文在简单介绍Z-源逆变器工作原理的基础上,重点分析了Z-源逆变器的PWM调制策略。阐述了目前为止应用于Z-源逆变器升压调制中的几种调制策略,包括简单升压调制、最大升压调制、最大恒定升压调制、三次谐波注入升压调制、直通分段SVPWM和正弦载波PWM等调制策略的实现方法,通过定性分析和定量比较,对比了各调制策略的性能,分别从升压能力、功率器件电压应力和电感电流纹波等方面讨论了他们各自的优缺点,并列出了各调制策略下Z-源逆变器的主要性能参数比对表,为Z-源逆变器的系统选型和实际应用提供理论依据。

Z源逆变器的改进型最大恒定升压调制策略

传统Z源逆变器最大恒定升压控制策略能够在任意给定调制比下获得最大的电压增益,电感中不含有与输出频率有关的电流纹波。针对该升压控制策略导致开关频率增倍,而且需要额外的数字逻辑器件辅助实现的问题,提出一种改进型最大恒定升压控制策略,在SVPWM的基础上,通过调整同桥臂的开关管开通、关闭时刻,实现直通的插入。与传统最大恒定升压策略相比,该调制不仅能够有效降低开关频率,还能够在单周期内插入6段直通状态,增加电感电容充电频率,从而减小Z源网络中组件体积。另外,在该调制策略下电容电压是恒定的,能够有效减小在高直通比时电容电压应力。通过仿真和实验结果验证了改进型最大恒定升压调制策略的优点。

一种高升压比的Z源逆变器

传统Z源逆变器能实现升降压变换的功能,同时桥臂不需要死区时间,变换器的可靠性高。引入的无源网络替代了Z源逆变器中和电源正极相连的电感,和传统Z源逆变器相比,可实现更高的电压增益。本文将这两种变换器作了比较,相对于传统的Z源逆变器,高升压比的Z源逆变器不仅具有更高增益的升压变换能力,而且降低了电容电压应力和电感电流纹波。本文在理论研究的基础上,基于简单升压控制方法的实验结果验证了该拓扑的优点。

开关耦合电感准Z源逆变器

基于开关耦合电感准Z源逆变器拓扑的一种高升压能力逆变器,是在准Z源逆变器的基础上提出的。与开关耦合电感Z源逆变器相比,在相同的输入输出条件下,开关耦合电感准Z源逆变器具有的优点包括:输入电流连续,逆变桥和输入电压源共地,无源器件体积重量减小,以及电容电压应力降低等。本文分析了这种新拓扑的稳态工作原理,升压特性,控制策略和器件的电压应力等,最后用实验结果验证了SCI-qZSI的实际性能。

Z源逆变器的状态反馈控制策略

为研究针对于Z源逆变器的直通零矢量和调制因子的统一控制方法,应用状态空间平均法在不忽略Z网络电感电阻的情况下对带感性负载的Z源逆变器进行统一的建模分析,并给出完整的数学模型。在此数学模型的基础上,依据非线性控制理论,结合状态反馈控制方法设计完整的控制模型,并且给出具体的控制矩阵参数和对系统的硬件平台进行简单介绍。这种控制方法直接对直通零矢量和调制度进行统一的计算控制,仿真与实验结果表明通过对直通零矢量和调制度的统一控制,使系统具有跟踪快速准确,超调量小的特点。

耦合电感单级升压逆变器

传统的两级式升压变换器通常由Boost变换器作为前级,以提升输入电压至合适的母线电压,防止输入电压较低时无法输出所需的交流电压。当升压比要求很高时,Boost变换器的占空比就会接近极限,过大的占空比会恶化Boost变换器的二极管反向恢复问题,增加开关管的开关损耗,降低效率。提出一种新型单级升压逆变器,在典型三相桥前加入包括耦合电感在内的无源网络,通过对耦合电感的设计和逆变桥直通时间的控制,可以使逆变器在直流输入电压较低时仍实现中间母线电压幅值的较大提升,输出稳定的交流电压。理论分析和实验结果表明该单级升压逆变器具有良好的性能。

三相耦合电感单级升压逆变器非隔离光伏并网发电系统

针对耦合电感单级升压逆变器(Coupled Inductor Single-Stage Boost Inverter,CL-SSBI)在非隔离光伏并网发电系统中的应用,提出在线路上进行改进,构成CL-SSBI-D,并采用适当的调制方式,减小漏电流幅值。该CL-SSBI-D拓扑,能够在有效矢量和传统零矢量作用时阻断漏电流的回路;采用相邻矢量脉宽调制(Near-State PWM,NSPWM)方式,去掉传统零矢量,并减小了有效矢量时的共模电压幅值,从而进一步减小了直通零矢量与有效矢量变化瞬间产生的漏电流。本文在理论研究的基础上对采用恒定最大增益(Maximum Constant Boost,MCB)调制方法的CL-SSBI和采用NSPWM调制方法的CL-SSBI-D非隔离并网系统进行了仿真和实验验证,证明采用NSPWM的CL-SSBI-D非隔离并网系统可有效减小漏电流。

一种新型半准Z源逆变器在风力发电变流系统中的应用

针对传统Z源风力发电变流系统机侧定子电流畸变严重,Z源网络电感电流纹波大的缺点,该文提出一种半准Z源逆变器(half quasi-Z-source inverter,H-q ZSI),并将其应用于直驱永磁风力发电系统。阐述H-q ZSI电感电流连续时的工作原理,得出升压因子与直通占空比的关系。当H-q ZSI处于直通状态时,加在各输入电感上的电流仅由相电压瞬时值决定,改善机侧电流与机侧电压的非线性关系,从而降低发电机定子电流谐波。通过分析准Z源逆变器和H-q ZSI输入电感电流纹波的产生机理,得出相同系统参数下,与准Z源逆变器相比,H-q ZSI的输入电感电流纹波有效减小。最后通过仿真与实验验证理论分析的正确性。

Quasi-Z源光伏并网电流单周期控制研究

为构建高效而结构简单的光伏并网系统,系统采用单级能量转换的Quasi-Z源逆变器,并将单周期控制用于并网电流控制。简要分析了Quasi-Z源逆变器特点及工作原理。三相并网电流单周期控制通常解耦成单相单周期并网电流控制。将Quasi-Z源逆变器并网电流单周期控制的解耦,采用分区等效成双并联BUCK变流器输出电流单周期控制的方法能使电路更简单。Matlab/Simulink仿真实验验证控制策略可行性。

基于Z源逆变器的改进空间矢量脉宽调制算法研究

Z源逆变器通过在空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法中插入直通零矢量,从而获得独有的升压能力。传统算法首先需要坐标变换来进行扇区判断及时间点计算,存在大量复杂运算,降低了系统时效性。针对这一问题提出改进算法,直接利用三相电压进行扇区判断,并计算扇区内相邻基础矢量及直通零矢量作用时间,从而得到开关次序,无需进行坐标变换。通过仿真,在以DSP为控制核心的Z源逆变器系统中验证了算法的可行性。试验表明,与传统SVPWM算法相比,改进型算法响应速度快,具有较高的系统效率。

一种闭环控制的Z源逆变器

分析了Z源逆变器的工作机理,采用简单升压控制法对Z源逆变器的升压性能进行了仿真建模和参数给定,并设计了闭环控制系统.仿真结果表明该系统能实现输入电压的宽幅控制.

Z源逆变器的直通零矢量控制策略的研究

针对离网型的Z源逆变器提出了一种利用直通零矢量对Z源电容电压进行闭环控制方案.介绍了Z源逆变器的概念,并在此基础上介绍了利用直通零矢量对Z源电容电压进行闭环控制的原理,同时给出了完整的控制框图与PI参数的整定方法.仿真结果表明了控制方法的正确性与有效性.

减小Z源逆变器电流电压应力的改进拓扑

在许多运用场合,特别是大功率和轻载条件下,Z源逆变器电流应力较大,调制系数与直通时间存在约束关系。为了缓和以上矛盾,经过分析,运用将Z源逆变器串联,H桥级联,附加分流管等方法构建了改进拓扑。通过MATLAB/SIMULINK软件对各种拓扑结构进行了仿真验证,证明了以上几种改进拓扑能大大减小Z源逆变器的电流和电压应力。

基于单周期控制的Z源光伏并网逆变器的研究

针对传统的光伏并网发电系统存在输出电压低且波动范围大,能耗大,可靠性差等问题,提出了一种基于单周期控制的Z源光伏并网逆变器的设计方案,分析了Z源逆变器的电路结构及特点,详细介绍了Z源逆变器单周期控制策略的实现,并采用Matlab/Simulink建立了仿真模型。实验结果表明,Z源逆变器具有良好的升压作用,降低了对光伏电池电压等级的要求;采用单周期控制技术能够很好地跟踪电网电压,从而实现了单位功率因数。

一种准Z源逆变器减少开关动作的脉冲宽度调制

准Z源逆变器(q ZSI)的正弦脉冲宽度调制(SPWM),将直通状态插入到传统零矢量与有效矢量之间,然而每个控制周期都有两次直通状态,导致大量附加的开关动作,即开关损耗。研究一种利用变载波幅值,从而减少基波周期中各开关管平均开关转换动作的q ZSI的PWM策略,以降低开关损耗。在Matlab/Simulink仿真环境下建立仿真模型,验证提出的PWM策略,并与SPWM相比较。

一种新型开关电容型Z源逆变器

针对传统Z源逆变器的直流升压因子较小、输入电流断续等缺点,提出一种新型的开关电容型Z源逆变器。开关电容型Z源逆变器保留了X型的基本结构,输入端口的2个电容和2个二极管形成开关电容结构。对开关电容型Z源逆变器的工作原理进行了详细分析,与传统Z源逆变器相比,开关电容型Z源逆变器大大地提高了电压的升压能力,只需要一个很短的直通零矢量时间就能获得高电压增益,且启动时具有抑制冲击电流的能力。同时可以保证输入电流的连续性,提高直流侧的电压利用率。此外,开关电容型Z源逆变器同样适用于燃料电池和光伏发电等分布式能源中。最后,通过仿真验证了理论分析的正确性。

船用轴带发电机系统Z源逆变器的研究

Z源逆变器是由电感、电容组成的一个阻抗源与传统逆变器耦合而成,Z源逆变器既能升压又能降压,并且不用设置逆变器死区时间,具有传统逆变器所不具有的优良特性。文中首先介绍了轴带发电机的应用背景,然后分析了Z源逆变器的工作原理及其在轴带发电机并网系统中应用的可行性,并通过仿真证明了Z源逆变器在轴发系统中的实用性。

Tapped Inductor Quasi-Z-source Inverters

提出一种高升压比的单级升压逆变器，它在传统准z源逆变器拓扑中引入抽头电感无源网络，因此称为“抽头电感准z源逆变器”（tapped inductor quasi-Z-source inverter,TL-qZSI）。该抽头电感无源网络包括一个抽头电感和两个二极管，替代了原准Z源逆变器中的一个电感。类似于抽头电感Z源逆变器（tapped inductor Z-source inverter，TL-ZSI），所提出的逆变器也能提供高升压能力，但比TL-ZSI略低些。分析电路的工作机理、升压能力和控制策略，讨论设计上的考虑。最后通过基于简单升压控制方法的实验结果验证该拓扑的实际性能。

新型准Z源三电平逆变器的分析及其特性研究

针对传统Z源逆变器(ZSI)电容电压应力大和升压能力不足等缺陷,提出一种新型准Z源逆变器(QZSI)拓扑结构。首先,对新型准Z源逆变器拓扑结构进行稳态分析,得到新型准Z源逆变器的直流链输出电压和电容电压;接着,建立新型准Z源逆变器的状态平均空间模型,引入小信号扰动,分析新型准Z源逆变器的直流侧动态特性,为新型准Z源逆变器网络的无源参数选取和闭环控制提供参考;然后,对新型准Z源逆变器进行简单升压控制(SBC),分析新型准Z源逆变器整体的升压能力;最后,经过计算机仿真和实验平台研究,验证了新型准Z源逆变器拓扑的优越性。新型准Z源逆变器具有更强的升压能力,可用于需要高输出电压场合;新型准Z源逆变器可以有效降低电容电压应力,一定程度上抑制起动冲击。