阻抗源并網(wǎng)逆變器的拓撲改進及其單周控制策略研究.pdf

1、與傳統(tǒng)的橋式逆變器相比，Z源逆變器以其獨特的阻抗網(wǎng)絡具有可實現(xiàn)升壓變換、允許逆變器工作于直通狀態(tài)等優(yōu)點，因此，無需在逆變器開關管的控制信號中加入死區(qū)時間，提高了輸出電能質(zhì)量及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。Z源逆變器提供了一種高效、可靠且成本較低的單級升壓逆變方案，特別適用于光伏發(fā)電系統(tǒng)、風力發(fā)電系統(tǒng)等輸入電壓變化范圍較大的可再生能源應用場合，具有十分廣闊的應用前景。但傳統(tǒng)的Z源逆變器也存在升壓能力較低、電路體積較大以及啟動沖擊大等缺陷，其各方面的性能也

2、有待進一步提升。
　　 針對以上問題，論文對傳統(tǒng)Z源逆變器的阻抗網(wǎng)絡進行改進，提出兩種改進型Z源逆變器拓撲，以提升Z源逆變器的性能；另一方面，研究單周控制在Z源并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)中的應用，并提出一種基于系統(tǒng)狀態(tài)方程的間接單周電流控制策略，以擴大單周控制的應用范圍。
　　 本文首先分析了Z源逆變器拓撲變換、建模與控制、直通狀態(tài)的注入方法及其在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中應用的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，在此基礎上，采用狀態(tài)平均法建立了Z源逆變

3、器的數(shù)學模型，并構(gòu)建了Z源逆變器的并網(wǎng)控制系統(tǒng)，搭建仿真模型驗證了其輸出性能。
　　 其次，分析了傳統(tǒng)Z源并網(wǎng)逆變器存在的缺陷及其缺陷產(chǎn)生的機理，針對其缺陷，對原拓撲進行改進，提出了兩種改進型Z源并網(wǎng)逆變器拓撲。分析了兩種拓撲的工作原理，推導其輸入輸出關系，并基于dq坐標系電流解耦及阻抗網(wǎng)絡電容電壓恒定的原則設計了改進型Z源并網(wǎng)逆變器的控制系統(tǒng)。最后搭建仿真模型進行了仿真研究，對穩(wěn)態(tài)輸出、并網(wǎng)功率突變、輸入電壓擾動等情況進行了仿

4、真分析，驗證了拓撲的可行性及其性能。
　　 再次，在仿真分析的基礎上，對基于Boost電路的改進型Z源并網(wǎng)逆變器拓撲進行實驗驗證，設計了實驗樣機整體結(jié)構(gòu)，并對前級電感參數(shù)，Z源網(wǎng)絡電容、電感參數(shù)及交流側(cè)濾波電感參數(shù)進行設計；對控制系統(tǒng)中的采樣單元、電流控制單元、直通單元、驅(qū)動單元設計了實現(xiàn)方案；最后，對實驗結(jié)果進行了理論分析，進一步驗證了所提出拓撲的可行性及性能。
　　 最后，分析了單周控制的基本原理及單周控制開關電路的

5、實現(xiàn)方法，將單周控制方法引入Z源并網(wǎng)逆變器的控制系統(tǒng)中，推導了三相Z源并網(wǎng)逆變器的直接單周電流控制方程并搭建仿真模型進行了仿真驗證。接著，基于Z源并網(wǎng)逆變器的狀態(tài)方程提出間接單周電流控制策略，推導其控制方程，并搭建相應的仿真模型，對穩(wěn)態(tài)輸出、并網(wǎng)功率突變、輸入電壓擾動等情況進行仿真分析，通過對比仿真結(jié)果表明：所提出的間接單周控制策略切實可行，有效地改善了傳統(tǒng)間接電流控制的動態(tài)特性，并網(wǎng)電能質(zhì)量良好，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制成本低，具有一定