Z源变流器电路结构与拓扑设计I--传统Z源变流器

本文从传统Z源变流器电路结构出发，得到了更能体现Z源变流器特征的电路结构，并从中提取出 Z 源基本电路单元，分析了它的基本工作原理，推导了基于该电路结构的 Z源变流器电路拓扑设计方法。根据工作区间的不同，传统 Z 源变流器存在两种不同的电路拓扑。分析表明，电压型拓扑中Z源电容电压高于输入电压，而电流型拓扑中Z源电感电流大于输入电流。因此，传统Z源变流器中Z源网络的元件尺寸较大，导致变流器体积与重量大，实现成本高。

基于模糊控制的储能型准Z源变流器

提出一种应用于储能型准Z源变流器的模糊控制算法。近年来,模糊控制因其适应性和强鲁棒性得到广泛应用。这种控制方法与传统PI控制方法的最大不同之处在于模糊控制不需要建立精确的数学模型。将模糊控制应用于储能型准Z源变流器中,对电池充放电电流进行控制,实现了能量的双向流动。与传统的PI控制方法相比,模糊控制能有效地减小电容电压纹波,减小电网电流谐波总畸变率和减小电池充放电电流的脉动。仿真结果验证了所提出控制方法的有效性。

准Z源谐振变流器的电磁功率元件集成单元设计

准Z源谐振变流器因为存在输入电压范围大、升-降压变换灵活以及高转换效率等优良特性,在光伏发电领域受到广泛关注。然而该谐振变流器包含了诸多电磁功率元件,存在体积大和功率密度低的问题。采用柔性多层带材集成技术,并对集成单元进行仿真分析,仿真结果表明,集成单元运行时的最大总磁通密度为0.33 T,小于磁芯的饱和密度0.47 T,验证了本设计的合理性。

基于准Z源DC-DC变流器的闭环控制建模分析

电路中的诸多扰动如输入电压波动、输出负载变化均会影响输出电压的波形,使电路不能保持一个稳定的电压输出。对此,采用状态平均法和扰动法搭建出小信号模型,推导出传递函数,建立基于准Z源变流器的双闭环控制系统。通过控制T型网络中的电容器两端的电压,间接实现输出稳定电压的目标,保障该电路的输出电能质量。最后,利用MATLAB/Simulink软件搭建仿真电路,验证了该控制系统的抗扰动能力和实用性。

基于无源理论和动态演化理论的ZSC-SMES控制策略

超导磁储能(SMES)变流器是实现超导磁体与电网之间双向功率流动的关键部分,而由电磁干扰等原因造成的开关管误动会导致变流器的同一桥臂直通,严重危害了系统的安全运行。因此,首先提出了一种基于Z源变流器(ZSC)的SMES新型拓扑结构,以提高SMES运行的可靠性。其次,考虑到SMES变流器存在较强的非线性特性,因此精准的控制策略是SMES应用于电力系统的前提。针对ZSC-SMES的交流侧变流器以及直流斩波器两部分,分别提出了基于无源理论和动态演化理论的控制策略。仿真结果表明,基于该控制策略的ZSC-SMES具有高电能质量的输出特性,对功率指令具有优秀的跟踪能力,同时能够有效跟踪直流侧的参考电压。与SMES的传统PI控制策略进行对比分析,所提出的控制策略具有更好的动态性能和鲁棒性。

基于无源控制理论的准Z源超导磁储能系统

超导磁储能(superconductivity magnetic energy storage,SMES)系统通过变流器来实现电网与超导磁体的功率交换。但传统的储能变流器存在输出电压范围有限以及桥臂上下开关易受干扰造成直通而损坏的问题。为实现超导磁储能系统的安全稳定运行,提出了基于双向准Z源变流器(quasi-Z source converter,QZSC)的超导磁储能系统,并针对QZSC-SMES系统的非线性、强耦合特点,在QZSC-SMES系统的交流侧变流器和直流侧斩波器采用基于欧拉−拉格朗日(Euler-Lagrange,E-L)模型的无源控制策略。仿真结果验证了所提QZSC-SMES拓扑及其控制策略的有效性:系统可以快速准确跟踪有功无功指令,相比传统PI控制,系统具有更低的并网谐波含量、更好的动态性能和更强的鲁棒性。

基于准Z源有源功率解耦的改进调制策略

为了抑制直流侧存在的二倍工频(2ω)脉动,传统单相准Z源通常需要设计庞大的准Z源阻抗网络,针对此问题,研究一种基于准Z源的有源功率解耦方法来抑制其二倍工频脉动。首先,通过状态空间平均法建立了有源功率解耦型准Z源拓扑的工作模型,分析了不同工作状态对解耦电路元件参数选取的影响,据此提出一种改进的调制策略以减小解耦电路电感电流波动。其次,采用主电路双环控制和基于PR控制器的解耦电路控制实现二倍工频解耦。最后通过仿真验证了结论。结果表明:改进调制策略后能有效地降低准Z源阻抗网络和解耦电路电感电流波动,准确完成二倍工频功率解耦,且有效地降低了直流链电压的波动,提高了逆变器运行稳定性。