适用于大功率场合的新型双Z源电压源逆变器

传统Z源电压源逆变器(Z-source voltage-type inverter,ZVSI)中,电容电压高于输入电压,逆变器开关管电流应力过大,升压能力受到了限制,为此提出了新型双Z源电压源逆变器(novel double Z-source voltage source inverter,NDZVSI)拓扑结构。分析了NDZVSI的各种工作状态,推导了各元件电压关系。NDZVSI中各功率开关管采用改进脉宽调制(improved pulse-width modulation,IPWM)方式进行调制,确定了逆变器功率开关管的电流应力。仿真及试验结果验证了NDZVSI拓扑的可行性,与传统ZVSI相比,NDZVSI能降低电容电压,减小逆变器开关管的电流应力,提高升压能力,适于大功率应用场合。

准Z源逆变器的低谐波含量梯形调制优化策略

针对准Z源逆变器谐波污染和功率器件电压应力高的问题,提出一种基于梯形波的优化策略。该调制策略通过选取合适的梯形化率,在保证直流电压利用率的同时大幅降低准Z源逆变器输出电流的总谐波畸变率,从而提高电能质量。此外,选取梯形波作为调制波能有效降低准Z源网络中电容及功率器件的电压应力。采用MATLAB/Simulink软件对所提出的调制策略进行仿真分析,以确保其正确性和有效性。最后,通过RT-LAB实验平台对基于梯形波的调制策略进行进一步验证。

基于新型双电压空间矢量调制的准Z源六桥臂电压源逆变器

传统多相逆变器输出电压幅值普遍低于输入电压。当负载过大,需要的直流母线电压会更高,相对应的滤波电容体积会更大,成本更高。在多相逆变器的传统控制中,死区设置的复杂性影响着输出波形的质量。针对这些缺点,将准Z源网络引入六桥臂电压源逆变器(QZS-SL-VSI)中,在分析传统六桥臂逆变器空间矢量调制策略的基础上提出了一种新的带直通控制的双电压空间矢量调制策略。首先,分析准Z源六桥臂电压源逆变器(QZS-SL-VSI)升压工作原理;接着,分析准Z源六桥臂电压源逆变器的电压矢量分布。在此基础上,详细阐述了所提出的带直通控制的双电压空间矢量调制策略以及两种基于直通零矢量作用时间分配的开关模式。最后,基于Matlab/Simulink进行仿真验证并设计了一台小功率样机进行实验验证。通过分析仿真与实验波形,充分验证准Z源六相逆变器及控制策略的正确性和可行性。

SVPWM控制时双向Z源逆变器电容电压纹波分析

Z源逆变器在SPWM简单控制时的电容电压纹波在整个负载周期内是恒定的,而在SVPWM控制下,电压纹波会随着电压矢量相位变化而变化,故电压纹波的求解更为复杂。本文的研究证明,Z源电感取值较大,电容的电压纹波与电感值无关。但是,如果电感取值较小,那么电压纹波与电感值是相关的。分析了双向Z源逆变器在SVPWM策略下的关键电感值和电容电压纹波,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

一种新型三相电压型准Z源逆变器

针对DLCC级联型准Z源逆变器拓扑结构电压应力高、建模复杂的问题,在不增加无源器件的条件下,提出一种新型三相电压型准Z源逆变器,采用状态空间平均法对其进行小信号建模,并分析器件的暂态特性;应用简单升压控制对准Z源、DLCC级联型准Z源及新型准Z源电压型逆变器进行对比分析;又将三次谐波注入调制用于新型准Z源逆变器控制。理论分析和仿真结果表明:Z源网络具有对称性,新型准Z源逆变器具有高升压因子、低电压应力、小电感电流纹波及逆变桥直流侧和直流电源有共同接地点的优点;采用三次谐波注入调制法具有进一步提高直流电压利用率,降低电压应力,减小电感电流纹波的优点。

一种低电压应力和电感电流纹波的准Z源逆变器调制策略

准Z源逆变器相较于传统Z源逆变器有着结构简单、输入电流连续等优点,但基于简单升压控制的准Z源逆变器,存在功率器件电压应力大、准Z源网络电容电压大及电感电流纹波高的不足。选取简单升压控制中三相正弦调制信号最大值和最小值的平均值为均值信号,在三相正弦调制波中注入均值信号并用于准Z源逆变器的调制策略,这种调制策略能有效降低功率器件和电容的电压应力以及电感电流纹波。利用MATLAB/Simulink仿真和RT-LAB实验平台对这两种调制策略应用在准Z源逆变器上的综合性能进行对比,在理论研究基础上验证了所提调制策略的可行性和优越性。

改进ADRC的增强型双向Z源逆变器直流链电压控制

提出一种改进型自抗扰控制技术(ADRC)用以控制增强型双向Z源逆变器直流链电压。首先介绍了增强型双向Z源逆变器的基本工作原理,并通过对增强型双向Z源逆变器进行小信号建模指出直通占空比至Z源网络电容电压的传递函数含有右半平面零点,存在非最小相位特性。为消除非最小相位特性,选取了过渡过程短,无超调,不依赖于数学模型的自抗扰控制器,通过控制电容电压间接控制直流链电压;并在自抗扰控制器常用的非线性函数fal函数的基础上,以避免高频震颤现象和加快大误差条件下系统增益减小速率为目提出了改进的lfal函数。通过仿真结果证明了改进ADRC在增强型双向Z源逆变器直流链电压控制上的有效性,并具有更强的鲁棒性。

Quasi-Z源逆变器PMSM系统直流环节电压控制方法

目前,Z源逆变器电机系统直流环节电压参考值由电机电流和转速计算得到,但电机电流变化时电压参考值会产生非必要波动,影响电机稳定运行。为降低参考电压波动对系统的影响,提出了一种直流环节参考电压线性计算方法,介绍了直流环节电压控制原理,并说明了推导方法。与一般方法相比,线性控制方法摆脱了电流波动对直流环节电压的影响。

Quasi-Z源逆变器电压电流双闭环控制系统研究

Quasi-Z源逆变器是在Z源逆变器的基础上提出来的新型电路拓扑结构,它除具有Z源逆变器的各种优点外,还降低了逆变器无源器件的电压电流额定值,而且使逆变器的输入电流变得连续,具有很好的应用前景。分析了Quasi-Z源逆变器的工作原理,建立了它的小信号模型,并设计了Quasi-Z源逆变器的电压电流双闭环控制系统。实现了对直流母线电压峰值的间接控制,能克服输入电压变化、负载变化等扰动的影响,使输出电压始终保持恒定,具有良好的动态性能和稳态性能。通过仿真验证了所建模型的准确性以及控制系统的有效性。

基于滑模控制的新型双准Z源NPC型五电平逆变器并网控制策略

针对传统双Z源二极管箝位(NPC)型五电平逆变器的Z源网络电感启动电流过大、升压能力有限等问题,提出一种新型的双准Z源NPC型五电平逆变器拓扑结构。用一种新型的双准Z源结构代替传统的双Z源结构,能够降低近2/3的Z源网络电感启动电流,提升逆变器直流侧电压接近2倍。将滑模控制应用到准Z源五电平逆变器系统的控制中,该方法无需线性化处理,只需通过系统数学模型就可推导出适当的控制规律。分析新型双准Z源五电平逆变器拓扑的工作原理;应用状态空间法和小信号模型对准Z源五电平并网系统进行数学模型推导和分析,并进行滑模控制器的设计;仿真和硬件实验结果表明,与传统比例-积分(PI)控制相比,滑模控制能够显著提高系统稳定性,降低电流谐波。

新颖的单相电压型准Z源逆变器

提出了一种电压型准Z源逆变器电路拓扑与控制策略,对构成这种逆变器的电路拓扑、具有阻抗网络储能电容电压前馈的输出电压瞬时值反馈单极性SPWM控制策略和稳态原理特性进行了深入的分析,获得了重要结论和关键电路参数的设计准则。这种电路拓扑是由大升压比阻抗网络、单相逆变桥和单相LC滤波器依序级联构成,其中大升压比阻抗网络是由储能电感L0和依序级联的2个相同的DLCC型二端口阻抗网络单元串联构成。理论分析和实验结果表明,这种逆变器具有电路拓扑简洁、升压比大、功率密度高,输出波形失真度低、可靠性高,输入电压配制灵活、成本低、应用前景广泛等优点。

改善电动汽车动力性能的双向Z源逆变器控制策略

探讨了一种改善电动汽车动力性能的双向Z源逆变器控制系统,提出了母线电压提升的控制策略。文章定性分析了电动汽车在加速等工况下蓄电池组的电压跌落对驱动性能的影响。采用双向Z源逆变器拓扑,根据异步电机运行特性和车辆的动力性需求升高直流母线电压,针对电压降落较大导致的电机驱动力矩减少和电动汽车高速运行时电机输出功率不够的问题进行解决,改善其动力性能。对纯电动汽车Z源逆变器系统的性能进行了仿真和实验。结果证实了控制策略的可行性和有效性。

基于双调制波技术的三电平Z源逆变器中点电位平衡控制

传统中点箝位型三电平Z源逆变器多为双直流电源结构,针对单直流电源电容分压式拓扑,介绍两种直通状态与中点电位的关系,分析双调制波载波脉宽调制(Double Modulation Wavecarrier-based PWM,DMWPWM)原理,提出一种基于DMWPWM的三电平Z源逆变器中点电位平衡控制方法。通过合理设计直通状态的插入位置,动态调节中间电压调制波,对中点电位进行反馈控制,在消除中点电位低频波动的同时有效抑制中点电位直流偏移,且不会增加逆变器开关损耗。仿真分析验证了所提出中点电位平衡控制方法的优越性。

新颖的单级三相电压型准Z源光伏并网逆变器

提出了一种新颖的强升压能力的单级三相电压型准Z源光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器,并对这种逆变器的电路拓扑、改进的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制策略和低频工作模式、高频开关过程、外特性等稳态原理特性进行了深入研究,获得了重要结论和电压传输比表达式。该电路拓扑是由大升压比准Z源阻抗网络、三相逆变桥和三相LCL滤波器构成,该改进的SVPWM控制策略为大升压比阻抗网络储能电容电压控制和光伏电池最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)外环并网电流内环控制。实验结果验证了采用改进SVPWM控制策略的准Z源逆变器的实际性能。所提出的准Z源逆变器为实现低输入电压或宽变化范围输入电压的新能源并网发电提供了一种有效方法。

Z源型逆变器母线电压的二次谐波及其抑制策略研究

针对Z源逆变器母线电压有效值二倍频于输出正弦波的脉动分量现象进行了讨论,详细分析了该现象的成因、危害及影响因素,并提出了抑制方法,同时利用仿真模型对Z源逆变器母线电压有效值二倍频脉动分量的各影响因素进行对比测试,得到的仿真结果验证了分析的准确性。在分析的基础上,提出电流内环中加入重复控制策略的方式来抑制母线电压二次谐波对于输出电压的影响,仿真和实验结果都验证了控制策略的有效性。

一种新颖的Z源逆变器直流链峰值电压控制策略

提出了一种适合于Z源逆变器的直流链峰值电压直接检测与控制方法。Z源逆变器中逆变桥等效输入电压为其直流链峰值电压,控制直流链峰值电压恒定有利于减小功率器件的电压应力,同时给逆变级提供一个相对稳定的工作状态以及简化逆变侧的设计。在分析Z源逆变器直流链电压特性的基础上,给出了直流链峰值电压的直接检测方法,具有实现方案简单、成本低,不存在现有直流链峰值检测方法中的延时以及算法复杂等缺点。通过对检测得到的直流链峰值电压进行控制,在不同的输入电压与负载条件下都能实现直流链峰值电压的恒定。交流输出电压采用了峰值电压控制策略,通过采样输出电压,能实时计算得到输出电压峰值,通过控制峰值电压的恒定能够实现输出电压的稳定。基于所提出的直流链峰值电压与输出电压峰值控制策略,能够同时实现直流链峰值电压和输出电压的稳定,稳态与动态性能良好。实验结果证实了该控制策略的有效性。

增强型Z源逆变器的直流链电压直接控制策略

增强型Z源逆变器与传统Z源逆变器相比不仅具有很强的升压能力,而且很大程度减小Z源网络电容、开关器件电压应力。但Z源逆变器现有控制策略是通过测量电容电压构建闭环间接控制直流链峰值电压,而Z源网络电容电压并不能准确反映直流链电压的动态特性。为了提高增强型Z源逆变器的直流链电压动态响应速度和控制精度,借助于数学建模,提出一种直流链电压直接控制的闭环控制策略,通过直接测量直流链峰值电压来提高系统的控制精度,采用电感内环、直流链峰值电压外环的双闭环控制提高了系统的动态响应速度,有效地抑制非最小相位特性对系统地影响。仿真和实验结果证明控制器对输入和负载扰动具有很好抑制能力。

Z源逆变器直流链电压滑模控制研究

提出一种Z源逆变器直流链电压的滑模控制方法。首先指出直通占空比至Z源网络电容电压和直通占空比至直流链电压的传递函数均含有右半平面零点,但基于控制电容电压的间接控制比控制直流链电压峰值的直接控制更为优越;在此基础上,设计了以电感电流误差、电容电压误差和电容电压误差的积分为状态变量的直流链电压滑模控制器,推导了控制律和使系统满足存在条件和稳定条件的滑模系数范围。所设计的滑模控制器比PI控制器具有更快的动态响应,而且工作状态在较大范围变化时可保证系统稳定,鲁棒性强。通过仿真和实验证明了直流链电压滑模控制器的有效性。

新型三相Z源逆变器的研究

Z源逆变器凭借其独特的优点正逐步取代传统逆变器成为研究热点。但传统Z源逆变器直流侧电压应力过高,Z源网络电容电压应力过大,升压范围有限,这些不利因素限制了其应用范围。提出了一种新型的Z源逆变器拓扑采用三次谐波注入控制策略,详细分析了其工作原理。通过与简单升压控制方式下传统拓扑结构比较得出:新拓扑结合三次谐波注入控制可以显著减小直流侧电压及电容电压应力,同时能实现软启动减小启动过程的电压冲击。仿真结果验证了分析的正确性。

基于LCL滤波器的新型Z源光伏并网逆变器

研究一种新型Z源逆变器,并将其应用到光伏发电并网系统中,系统的冲击电流和Z源电容电压大大减小,能有效解决传统拓扑电路结构上的缺陷;同时在电网侧采用LCL滤波器,采用有源阻尼技术来抑制LCL滤波器的谐振,实现并网电流的快速跟踪,使光伏并网系统的可靠性大大增加,最后通过仿真和实验论证理论分析的正确性。