串聯(lián)型高增益Z源逆變器及其應(yīng)用研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號：TM46學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號:621.3密級：公開工學(xué)博士學(xué)位論文工學(xué)博士學(xué)位論文串聯(lián)型高增益Z源逆變器及其應(yīng)用研究博士研究生：蔡春偉導(dǎo)師：曲延濱教授申請學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科：電力電子與電力傳動所在單位：電氣工程及自動化學(xué)院答辯日期：2012年12月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要I摘要Z源逆變器是近幾年提出的新型電路拓撲，因具有單級可實現(xiàn)升降壓變換，逆變橋同橋臂可以直通等優(yōu)點，在新能源領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

2、但傳統(tǒng)Z源逆變器應(yīng)用于發(fā)電系統(tǒng)時，由于Z源網(wǎng)絡(luò)本身升壓能力有限，存在開關(guān)管電壓應(yīng)力大、輸入電壓范圍要求過高等問題。針對上述問題，本文提出了一種高增益Z源逆變器拓撲，同時對調(diào)制策略、數(shù)學(xué)建模、直流側(cè)控制策略及在光伏發(fā)電離網(wǎng)模式下的控制策略等方面進行了研究。為提高Z源網(wǎng)絡(luò)的升壓能力，提出了一類基于開關(guān)電感的高增益Z源逆變器拓撲族。通過研究開關(guān)電感在傳統(tǒng)DCDC電路中提高升壓能力的機理，并結(jié)合Z源逆變器拓撲結(jié)構(gòu)的特點，提出了一種串聯(lián)型高增益Z

3、源逆變器拓撲。通過調(diào)整Z源網(wǎng)絡(luò)和逆變橋的位置，使之不但提高了升壓能力，而且減小了電容電壓應(yīng)力，具有內(nèi)在抑制啟動沖擊的能力。但該串聯(lián)型高增益拓撲的輸入電流是斷續(xù)的，為了減小輸入電流紋波，首先提出一種準(zhǔn)開關(guān)電感型Z源拓撲，使其紋波電流減小一倍；隨后采用級聯(lián)技術(shù)將前級濾波電路變換為一級boost電路，與后級Z源逆變器串聯(lián)，不但減小了輸入電流紋波，而且進一步提高了升壓能力，但仿真分析發(fā)現(xiàn)該拓撲Z源組件動態(tài)特性不一致，增加了建模和控制的難度。為提

4、高Z源逆變器的整體升壓能力，提出了基于SVPWM的最大恒定升壓調(diào)制策略。以串聯(lián)型高增益Z源逆變器為研究對象，分析了不同直通插入方式對開關(guān)管電流應(yīng)力和Z源電感充放電頻率的影響，以及在給定有效矢量條件下直通時間對逆變器的升壓能力的影響規(guī)律，從提高綜合性能角度出發(fā)，提出了一種基于SVPWM的最大恒定升壓調(diào)制策略，給出了具體實施方法。該策略通過單橋臂直通實現(xiàn)升壓，不但沒有增加開關(guān)頻率，還增加了Z源網(wǎng)絡(luò)組件的充放電頻率，有利于減小Z源網(wǎng)絡(luò)組件體積

5、。仿真和實驗結(jié)果表明該策略能夠有效提高Z源逆變器的整體升壓能力，并且直通矢量與有效矢量交替變換有利于避免Z源二極管電流斷續(xù)工作模式（DCMDiscontinuousConductionMode）。為精確控制直流鏈電壓，建立了串聯(lián)型高增益Z源逆變器的交流小信號模型，利用小信號模型提出了直流鏈電壓直接控制策略。綜合考慮負載、Z源無功組件、直通占空比、調(diào)制比對逆變系統(tǒng)的影響，采用信號流圖法建立了小信號數(shù)學(xué)模型，并利用時域和頻域法分析以上各參數(shù)