Z源逆变器

传统电压源逆变器和电流源逆变器有着一些不足之处,一种新型的逆变器—Z源逆变器的出现,解决了传统逆变器的不足。本文介绍了Z源逆变器的提出背景,并详细阐述了Z源逆变器电路结构和工作原理,最后说明了其优点及发展前景。     

一种抑制Z源逆变器共模电压的PWM方法

根据临近三矢量脉宽调制原理,提出一种适用于两电平Z源逆变器的抑制共模电压调制方法,该方法通过比较2条调制波信号与1条载波信号,产生的脉宽调制信号分别控制逆变器每相桥臂的上、下2只开关管,并给出了2条调制波的生成方法。对所提调制方法的适用性进行了分析,结果表明该方法不存在调制比使用限制。仿真及实验结果均证实,所提出的抑制Z源逆变器共模电压的调制方法,不但可以将Z源逆变器输出共模电压限制在逆变桥输入电压峰值的1/3,而且输出电压不存在低次谐波畸变。     

减小Z源逆变器电流电压应力的改进拓扑

在许多运用场合,特别是大功率和轻载条件下,Z源逆变器电流应力较大,调制系数与直通时间存在约束关系。为了缓和以上矛盾,经过分析,运用将Z源逆变器串联,H桥级联,附加分流管等方法构建了改进拓扑。通过MATLAB/SIMULINK软件对各种拓扑结构进行了仿真验证,证明了以上几种改进拓扑能大大减小Z源逆变器的电流和电压应力。     

Z源逆变器的电压电流双闭环控制

提出了Z源逆变器的电压电流双闭环控制方法,分析了Z源逆变器控制系统的建模,并在此基础上设计了Z源逆变器双闭环控制系统的调节器.Z源逆变器双环控制的电流内环调节器采用比例环节,以提高内环的开环增益;电压外环调节器采用PID环节,以在系统稳定的条件下增加其带宽.由于Z源逆变器是三相三线制系统,所以在实现控制系统时引入了Clarke变换,从而实现了三相三线制的解耦.仿真和实验证明了Z源逆变器的电压电流双闭环控制方法的正确性.     

改进型开关电感准Z源逆变器

为克服传统 Z 源逆变器的不足,提出了一种改进型开关电感准 Z 源逆变器,用自举电容代替了传统开关电感中的一个二极管。与前人提出的拓扑相比,改进型拓扑不但提高了升压能力,保证了输出波形的质量,而且使电容及开关器件的电压应力得到了降低,同时也减小了电感电流的脉动。对改进型拓扑结构进行了理论分析,仿真及实验结果验证了该拓扑的可行性。     

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。     

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滤波的三相并网Z源逆变器研究

针对传统并网系统中应用的逆变器,输出电压电流的局限性、高次谐波含量大等缺点,提出将传统三相PWM并网逆变器和等效的Z源网络相结合,建立了三相Z源并网逆变器的数学模型。采用LCL滤波器对高次谐波进行滤波,LCL滤波器在低开关频率和电感较小的情况下较单电感滤波具有明显的优势。研究采用并网电流和电容电压双闭环控制策略对并网逆变器进行控制,给出了网侧电流分量的控制策略,以及外环电压设定值的约束条件。仿真结果验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。     

光伏并网用新型开关电感准Z源逆变器的研究

针对传统开关电感准Z源拓扑升压能力不足,无法适用于新能源领域的问题,提出了一种改进型开关电感准Z源拓扑,在传统拓扑中增加了一个开关器件和一个二极管。采取3次谐波注入控制策略,在相同的低直通占空比下,即可有效提升直流链电压增益;同时拓宽了调制度范围,确保了输出电压质量;拓扑结构的优化降低了元件电压应力,减小了电感电流纹波。通过理论分析,仿真对比与实验验证了新型拓扑的优越性。     

Z源逆变器最新进展及应用研究

Z源逆变器利用其独特的阻抗网络来实现升降压变换,从而能更好地适用于输入电压宽范围变化的场合.介绍了传统Z源逆变器的工作原理及特点,由于存在电容电压应力高、启动冲击电流大的缺陷,又对比分析了两种Quasi-Z源逆变器和新型Z源逆变器的改进情况;然后归纳了各种Z源逆变器的应用,并以光伏系统中的应用为例,对比介绍了已有的Z源逆变器的并网控制方法;分析了Z源逆变器并网系统目前存在的问题,对其今后的发展方向做出了展望,并指出Z源系统中的谐波、无功电流等电能质量问题将是今后的研究热点.     

IGCT在大功率电压源逆变器中的应用

介绍了IGCT的性能特点及使用中应注意的事项,给出了IGCT在两电平逆变器及中点箝位三电平逆变器应用中箝位电路的参数设计方法,分析了IGCT在中点箝位三电平逆变器应用中需要施加外触发的原因,给出了IGCT在6 kV高压变频调速中的应用情况。     

抑制Z-源逆变器母线电压跌落的空间矢量脉宽调制方法

在深入分析Z-源三相逆变电路工作过程中存在的二极管断流以及由此导致的直流母线电压跌落问题的基础上,导出了直流母线电压跌落的表达式,并提出一种新的空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法。该方法根据Z-源网络中所独有的直通工作状态,在不改变硬件电路的前提下,通过合理地插入直通零矢量来避免电路的非正常工作状态,保持直流母线电压的稳定,提高逆变器的输出电压质量。在满载和轻载两种工况下,对比分析了本文SVPWM方法和传统SVPMW方法对Z-源网络的直流母线电压的影响。最后,通过仿真和实验验证了本文SVPWM方法的正确性和有效性。     

具有大范围升-降压功能的新型单级逆变电路

提出一种具有大范围升-降压功能的单级逆变电路,简称高升压增益单级逆变器(HVRSSI)。研究了其具体的工作模式和升-降压功能的实现机理,推导了电路各部分的电压关系。该变换器利用独特的LC结构代替了传统电压源逆变器直流侧的电容,利用逆变器上下管的"直通"实现了直流链电压VPN的大范围升压功能,同时提高了逆变器的可靠性。和现有单级逆变电路(譬如ZSIs)不同,HVRSSI电路的升压比B和直通占空比Dsh成反比,在较小的直通占空比时能够得到较高的升压比,克服了Z源逆变器等受"直通占空比Dsh和调制因子M相互制约"的限制而升压能力不足的缺陷。高升压增益逆变电路输出交流电压随调制因子M的变化趋势和传统电压源逆变器一致,随M的增大而增大,不同于其他单级逆变器,该一致性使得调节更快捷。通过实验室设计的1k W样机对所提电路进行相关性能检测,实验结果与理论分析和仿真研究完全符合,验证了所提变换器的有效性和实用性。     

一种新的N电平电压源逆变器的空间矢量调制算法

随着逆变器电平数的增加,其空间矢量调制算法(space vector pulse-width modulation,SVPWM)也越来越复杂。该文提出一种任意电平逆变器的SVPWM算法。对两电平逆变器的矢量作用时间进行线性变换,可获得任意电平逆变器中合成参考矢量的电压矢量及其作用时间。推导出任意电平和两电平之间的电压矢量及其作用时间变换矩阵。讨论任意电平逆变器脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)序列,提出一种电力电子器件损耗均匀分配的序列方式。最后,通过仿真验证算法的可移植性,在三电平实验室样机上,验证算法能满足逆变器控制的实时性要求。     

具有限流功能的串联电压源型逆变器研究评述

含串联电压源型逆变器(SVSI)的电力电子装置使得电网更加灵活、可控,然而,电网短路故障下的此类电力电子装置保护问题研究十分重要。在分析含串联电压源型逆变器常见设备类型安全性问题的基础上,提出了具有限流功能的串联电压源型逆变器(SVSI-FCL)概念;从控制策略优化、拓扑结构改进两个方面,详细评述了国内外相关SVSI-FCL的研究进展,重点介绍了一种新兴的SVSI-FCL技术。在此基础上,总结了SVSI-FCL系统研制的关键问题。最后,探讨了SVSIFCL装置的应用前景。     

三相电压源型逆变器级联的静止同步补偿器

提出一种三相电压源型逆变器级联的静止同步补偿器.该补偿器主电路由具有独立直流侧电容的三相电压源型逆变器通过单相耦合变压器级联而成,耦合变压器的容量为补偿器容量的1/3,具有逆变器中开关器件的开关应力小、直流侧电容电压波动小、补偿电流的波形品质好等优点.采用移相脉宽调制技术可以在不改变输出电压品质的情况下降低逆变器的开关频率,将输出电压的谐波主频带推至3倍开关频率附近,采用d-q解耦控制可提高补偿器的响应速度.考虑到补偿器中各逆变器可能存在参数不一致的问题,对各逆变器的直流侧进行电压平衡控制,仿真实验证明了该补偿器及其控制方法的正确性和有效性.     

Z源逆变器及其多种改进拓扑结构的比较

相比于传统电压源、电流源型逆变器,Z源逆变器可以实现升降压变换,而且桥臂无需要插入死区时间,所以逆变器具有较高的可靠性。但同时传统Z源逆变器具有电容电压较高,存在启动冲击等问题。为了解决这些问题,研究学者提出了各种改进型Z源拓扑,但这些拓扑只能改进传统Z源逆变器的部分缺陷,而且改进的缺陷各不相同,这就导致使用者难以准确选择拓扑结构。为此,对常见的多种Z源逆变器拓扑进行了理论分析和仿真研究,从应用场合、性能优劣等方面进行了区分,以为使用者提供参考。     

Z源/准Z源逆变器在光伏并网系统中的电容电压恒压控制策略

Z源逆变器(ZSI)/准Z源逆变器(qZSI)利用独特的阻抗源网络和直通调制手段,可在单级系统中同时实现升/降压和直流-交流逆变的功能,适用于具有较大输入电压变化的光伏并网发电系统。本文以具有连续电流输入的电压源型准Z源逆变器为例,分析了基于ZSI/qZSI的光伏并网系统工作原理;针对ZSI/qZSI特殊的直通占空比与逆变调制系数制约关系,推导出ZSI/qZSI正常工作条件下的电容电压范围,提出ZSI/qZSI光伏并网系统的电容电压恒压控制策略。该控制策略将最大功率点跟踪(功率控制)和光伏系统入网电流控制(电能质量控制)解耦,简化了控制器设计,实现了ZSI/qZSI光伏并网系统的闭环控制和最大功率点跟踪,同时可确保在同等输出输入电压比的情况下开关器件电压应力最小。     

Z源光伏并网逆变器无差拍解耦控制

提出了光伏并网系统的无差拍解耦控制策略,并将其应用于三相Z源光伏并网逆变器中。通过无差拍控制与改进的空间矢量脉宽调制技术相结合,实现了Z源光伏并网系统有功与无功功率的解耦控制。采用双时采样策略减少了无差拍控制由于采样与运算时间的存在造成的控制延时,提高了无差拍控制的精度与稳定性。仿真与实验结果表明,该控制策略能实现Z源的升压,并网电流谐波畸变率低,而且能实现并网电流与电网电压同相位即单位功率因数运行。