Z源三電平逆變器及其控制策略研究.pdf

1、為開發(fā)、利用太陽能和風(fēng)能等間歇性可再生能源，微電網(wǎng)技術(shù)備受關(guān)注。逆變器作為微電網(wǎng)的接口部件，是分布式電源、電網(wǎng)和負(fù)載之間能量交換的橋梁。三電平逆變器因其輸出波形質(zhì)量高、開關(guān)損耗低、電壓應(yīng)力小等諸多優(yōu)勢(shì)，在微電網(wǎng)中應(yīng)用越來越廣泛。然而，作為傳統(tǒng)電壓源型逆變器，其僅能實(shí)現(xiàn)降壓輸出。為實(shí)現(xiàn)逆變器并網(wǎng)運(yùn)行，必須在原拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加入一級(jí)直流升壓環(huán)節(jié)，構(gòu)成兩級(jí)式逆變器拓?fù)?。但這也增加了控制難度，降低了系統(tǒng)效率。
　　為解決上述問題，將具有

2、升壓特性的Z源網(wǎng)絡(luò)與三電平逆變器結(jié)合，得到Z源三電平逆變器拓?fù)?。本課題以Z源三電平逆變器為研究對(duì)象，確定本課題的研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)如下:
　　首先闡述了Z源三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理。通過基爾霍夫定律，對(duì)直通狀態(tài)和非直通狀態(tài)下等效電路進(jìn)行分析，根據(jù)Z源電感的伏秒平衡原理，得到Z源三電平逆變器的數(shù)學(xué)模型，確定了逆變器輸出電壓與直通占空比的關(guān)系，明確了控制目標(biāo)。
　　其次通過對(duì)SVPWM調(diào)制方法基本原理和Z源NPC三電平逆變器中

3、點(diǎn)電位不平衡機(jī)理分析，得到了直通狀態(tài)不影響中點(diǎn)電位的條件是上、下直通作用時(shí)間相等;為實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)電位平衡可改變?nèi)哂嘈∈噶孔饔脮r(shí)間等結(jié)論。為解決中點(diǎn)電位平衡控制和Z源網(wǎng)絡(luò)升壓控制的耦合問題，本課題通過對(duì)統(tǒng)一電壓調(diào)制方法和簡(jiǎn)化的SVPWM調(diào)制方法的研究，提出了一種對(duì)小矢量作用時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)分段控制的Z源三電平逆變器控制策略，通過計(jì)算給出了直通占空比、調(diào)制比、平衡因子三者的關(guān)系，并給出了平衡因子的最優(yōu)解。
　　然而SVPWM調(diào)制方法中矢量引起

4、的中點(diǎn)電位低頻波動(dòng)問題，增大了直流電容體積，影響輸出波形質(zhì)量。本課題通過對(duì)VSVPWM調(diào)制算法分析以及對(duì)三電平逆變器各相在P狀態(tài)和N狀態(tài)下工作時(shí)間的計(jì)算，提出了一種基于VSVPWM調(diào)制方法的Z源NPC三電平逆變器控制策略，該策略在不改變虛擬中矢量作用時(shí)間的前提下，通過對(duì)冗余小矢量的分段控制，實(shí)現(xiàn)了中點(diǎn)電位平衡控制，消除了低頻波動(dòng)問題。
　　之后，通過對(duì)混合箝位三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制策略的研究，提出一種Z源混合箝位三電平逆變器拓

5、撲結(jié)構(gòu)，從硬件角度實(shí)現(xiàn)了中點(diǎn)電位平衡與Z源升壓控制的解耦。通過對(duì)箝位電容電壓因電荷累積容易發(fā)生偏移的問題進(jìn)行分析，得到箝位電容充放電回路與相電流方向的關(guān)系，并提出一種基于同相載波PWM調(diào)制方法的Z源混合箝位逆變器控制策略，該策略以相電流的電流方向?yàn)榕袛嘁罁?jù)，合理選擇開關(guān)狀態(tài)，不僅保證了直流電容電壓的自平衡，而且實(shí)現(xiàn)了箝位電容電壓穩(wěn)定，提高了Z源網(wǎng)絡(luò)升壓范圍。
　　最后，對(duì)Z源三電平逆變器的硬件、軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹，搭建了