准Z源逆变器电容电压最佳值设置的研究

准Z源逆变器(QZSI)的升压能力(直流链母线电压)由直通占空比决定,逆变能力由调制比决定,直通占空比和调制比相互制约。主要是研究如何设置QZSI的电容电压最佳值,即获得最合适的升压能力和逆变能力,以优化效率,且分别在常用的几种升压方式下,对电容电压的最佳值设置进行了详细理论推导。仿真和实验结果证明了理论推导的正确性。     

Z-源逆变器PWM调制策略的分析与比较

Z-源逆变器是一种具有升/降压功能的单级逆变器,较之应用广泛的电压源逆变器和级联Boost斩波电路的电压源逆变器,具有结构简单、整机效率高和系统安全可靠等优点.本文在简单介绍Z-源逆变器工作原理的基础上,重点分析了Z-源逆变器的PWM调制策略.阐述了目前为止应用于Z-源逆变器升压调制中的几种调制策略,包括简单升压调制、最大升压调制、最大恒定升压调制、三次谐波注入升压调制、直通分段SVPWM和正弦载波PWM等调制策略的实现方法,通过定性分析和定量比较,对比了各调制策略的性能,分别从升压能力、功率器件电压应力和电感电流纹波等方面讨论了他们各自的优缺点,并列出了各调制策略下Z-源逆变器的主要性能参数比对表,为Z-源逆变器的系统选型和实际应用提供理论依据.     

APOD载波调制三电平Z源逆变器

根据中点钳位三电平单Z源逆变器的拓扑结构,详细分析了其3种工作状态。与传统逆变器不同,直通状态的插入不仅省去死区的设置以及死区时间的补偿,同时实现了逆变器升压输出的效果。根据直通矢量插入特点,提出一种基于交替反相层叠载波调制(APOD)的三电平Z源逆变器脉宽调制方法。该方法将直通状态插入于零矢量中,实现直流链的全直通,获得升压能力的同时又不增加开关损耗。仿真和实验结果表明该调制策略能够实现逆变器升压输出,验证了所提出的APOD载波调制三电平Z源逆变器控制策略的有效性。     

扩展升压Z源逆变器及其控制策略的研究

Z源逆变器的Z源升压网络以其独特的优点正逐步取代前级buck-boost电路,成为逆变器研究的热点.但Z源升压网络升压范围有限.因此,在一些需要较高电压的应用领域Z源逆变器的应用受到了一定的限制.详细分析了一种扩展升压逆变器的工作原理,并引入了3次谐波注入调制策略,通过与传统简单升压控制策略的比较,验证了3次谐波注入调制策略在相同电压增益下能有效减小直流电压应力和电容电压,调制度相同时能大大提高逆变器的输出电压.仿真分析验证了上述结论.     

一种改进Cockcroft-Walton准Z源逆变器

提出了一种能达到高电压增益且由耦合电感构成的新型准Z源逆变器,它由Cockcroft-Walton倍压单元重新组合而推演出的新型升压模块嵌入到准Z源中获得。该新型拓扑继承了准 Z 源的所有优势,同时由于耦合电感的存在能使电路从匝比和占空比即双变量达到调节电压增益的目的,可在很小的占空比下实现高升压能力,具有更高的调制比,拥有更高质量的输出正弦波。对该新型拓扑进行了工作状态分析,研究了其自身升压能力、各部分功耗,并与(准)Z源逆变器及其相关改进单级可升压逆变器进行性能对比。实验室搭建了一台输出功率1 kW的样机以验证所提逆变器的可行性。     

改进型准Z源逆变器

为了解决传统Z源逆变器升压能力有限、阻抗网络中电容电压过大、输入电流不连续等问题,提出了一种改进型准Z源逆变器——开关电感升压型准Z源逆变器(SB/SL-q ZSI)拓扑。该拓扑除了具有传统准Z源逆变器的优点外,还实现了任意倍数的升压;相同电压增益下,降低了电容电压应力;较小的直通占空比即可获得较高的升压因子,增大了调制比范围,提高了输出电能质量和系统稳定性;同时新拓扑减少了电感和电容器件的使用,降低了系统的体积和重量。运用伏秒平衡法对其进行了理论分析,并采用3次谐波注入调制策略进行了仿真和实验,结果证明了新拓扑的正确性和优越性。     

三相准Z源并网逆变器的简单升压改进空间矢量调制策略

提出一种大升压比三相准Z源并网逆变器及其三种简单升压改进空间矢量调制(SVM)策略,把两种已有的改进SVM用作简单升压调制,并对该逆变器采用五种简单升压改进SVM策略下的逆变桥和阻抗网络二极管开关损耗、储能电感损耗、储能电感和滤波电感电流纹波、输出并网电流总谐波失真(THD)等性能参数进行深入的比较研究,得出采用直通矢量位于零矢量与有效矢量之间的四段直通简单升压改进SVM时该逆变器综合性能最优。准Z源并网逆变器由大升压比准Z源阻抗网络、三相逆变器级联构成;简单升压改进SVM策略具有最大化利用零矢量作用时间、功率管开关损耗和电压应力小、升压能力强等优点。实验验证了该逆变器的可行性和理论分析的正确性,为实现低输入电压或宽变化范围输入电压的光伏、风力等新能源并网发电系统奠定了关键技术基础。     

Z源逆变器空间矢量调制的新策略

与传统逆变器相比,Z源逆变器允许逆变桥臂直通,通过控制一个周期内直通状态的时间便可实现输入直流电压的升降变换。首先,分析两种Z源逆变器的改进型拓扑并详细说明其工作原理;接着,阐述了Z源逆变器的空间矢量调制方法,进而提出一种新的基于直通零矢量作用时间分配的调制策略,以充分利用传统零矢量,并对开关表进行优化,减小损耗,实现最大升压,充分提高逆变器工作性能;再基于Matlab/Simulink仿真平台搭建了主电路模型,采用基于C语言编程的S函数建模法实现Z源逆变器的新型调制策略进行仿真实验。最后,设计了1台基于DSP TMS320F28335控制的小功率样机,并进行了实验验证。实验波形很好地验证了改进型拓扑的优势,充分说明了新策略的可行性、有效升压性。     

三电平Z源逆变器SPWM调制策略的研究

Z源逆变器因能够实现上下桥臂直通,避免死区引入,能有效提高逆变系统安全性,减小输出的谐波含量而成为逆变器研究的热点。在传统三电平逆变器的前端引入Z源网络,构成Z源三电平逆变器。以单Z源三电平逆变器的工作原理为基础,参考传统三电平的SPWM调制策略,应用Z源逆变器简单升压控制原理,分别研究了改进载波同相层叠和改进载波反相层叠两种正弦调制方法,并通过相应的仿真实验验证了两种调制策略的有效性。     

不同PWM调制方法下Z源逆变器的损耗分析与比较

Z源逆变器独特的工作原理使其损耗估算与传统的电压型逆变器不同,特别是其不同的脉冲宽度调制方法(PWM)会对逆变器的损耗带来很大的影响,因此分析Z源逆变器在两类典型的调制方法下的损耗对于Z源逆变器的设计具有重要意义。本文基于Z源逆变器的工作原理和一种电力半导体器件损耗估算模型,推导出两类不同调制方法下的Z源逆变器中各电力半导体开关器件损耗的解析表达式。选取一组典型的逆变器参数,分别对这类两种调制方法下的Z源逆变器进行了损耗计算和效率比较,得到了直流输入电压、开关频率、输出功率等级等运行条件对采用这两类调制方法的Z源逆变器效率的影响。研究结果对于合理选择逆变器参数和调制策略具有一定指导意义。     

可升压自然软开关DC/AC逆变器电压控制特性分析

提出三相逆变器线电压调制度概念,避开了相电压的零序分量对传统相电压调制度的影响,更有利于从伏秒面积相等的概念出发理解脉宽调制的本质.指出无论采用何种调制模式,如果在线性调制范围内要获得幅值高于给定输入直流电压的三相对称正弦波输出交流电压,必须增加一级直流环节的升压电路.以此为基础,提出了一种特殊的升压电路拓扑,介绍了该电路的基本工作原理,详细分析了该拓扑特有的控制方案和升压特性,为该拓扑在不同工作场合工作模式的正确选择打下坚实的理论基础.实验证明新型拓扑具有良好的工作特性.     

逆变器模型预测采样时间与误差关系仿真分析

模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)是电压型逆变器(Voltage Source Inverter,VSI)电流跟随控制装置定频调制的典型方法,得到了广泛的应用。论文使用统计的方法研究MPC的采样时间与跟踪误差(方差)的函数关系。该函数关系是研究和解决逆变器切换优化问题的基础。仿真结果可得出采样时间与跟踪误差呈线性关系的结论。     

Common mode voltage reduction of quasi‐Z source indirect matrix converter

Quasi‐Z source indirect matrix converter (IMC) combines both advantages of conventional IMC and quasi‐Z source inverter, for example, no direct current (DC) link capacitor, compact all‐silicon power converter, bidirectional power flow, input power factor controllable, and high voltage gain; moreover, it does not require additional input filter, because continuous quasi‐Z source network integrates LC filter function. However, there is no literature to disclose common mode voltage (CMV) issue of quasi‐Z source IMC. In this paper, for the first time, the CMV issue and reduction of quasi‐Z source IMC are investigated. Firstly, the CMV of quasi‐Z source IMC is analyzed when using current typical modulation method, which follows the brief introduction of topology and modulation method for quasi‐Z source IMC, and the factors that affect the CMV are figured out; Secondly, referring to the CMV reduction methods of conventional IMC, two solutions named as Methods I and II to reduce the CMV for quasi‐Z source IMC are developed, which are achieved in the inverter stage; the third CMV reduction method is proposed in the rectifier stage through redefining the six sectors of the rectifier stage, which can implement zero current commutation. Experimental bench is built to test three approaches for reducing the CMV of quasi‐Z source IMC. Comparative evaluation is carried out between three methods and conventional modulation method. Experimental results verify that three methods can significantly reduce the CMV of quasi‐Z source IMC, with the CMV peak value reduction of 42%, but they present different features in terms of input and output current THDs, switching loss, CMV root mean square (RMS) value, modulation index limitation, and so on. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

宽电压输入双接地单相非隔离光伏并网逆变器

针对现有双接地光伏逆变器在阴影条件下由于欠压而停机的问题,提出一种宽电压输入双接地单相非隔离光伏并网逆变器。该拓扑由升压单元和双接地逆变器构成,逆变器无共模漏电流,且在阴影条件仍能正常工作。采用多模态协同控制,减小逆变器各元器件的电压应力,并使得升压单元只需在欠压时工作,减少升压单元承受的功率,减小逆变器体积和重量;每个模态只有1个功率管高频开关,提高了逆变器的效率。详细分析拓扑构成、工作原理和控制策略。最后,搭建一台原理样机,验证理论分析。     

双Boost单相逆变器并网控制策略

双Boost单相逆变器能够实现单级升压逆变,适用于分布式能源并网发电领域。针对其并网控制策略难以兼顾高性能的动态响应特性以及交直流侧电能质量的问题,在分析双Boost单相逆变器并网工作原理、功率解耦以及谐振机理的基础上,提出了一种由单并网电流环、功率解耦和有源阻尼组成且具有对称结构的并网控制策略,分析并介绍了各部分控制原理。最后,仿真和实验结果表明,所提控制策略具有动态响应速度快、并网电流质量高、直流侧无二次功率脉动等优点。     

Trans-Z源逆变器的设计与研究

为了克服传统电压型Z源逆变器控制中升压能力差、波形质量差等缺陷问题,提出了一种Trans-Z-S逆变器电路。研究了电路拓扑结构及升压原理,采用改进型SPWM调制策略(分别用不同的调制波调制开关管)控制改变输出电压,给出了MATLAB/Simulink下仿真结果,并搭建了基于Trans-Z-S网络的小功率单相逆变器的实验样机进行实验,仿真与实验结果验证了调制策略在Trans-Z-S逆变器的可行性。     

双支路太阳光伏并网型逆变器的研制

阐述了双支路太阳能光伏最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,简称MPPT)并网型逆变器的基本原理和关键技术.采用两组Boost变换器实现各支路的MPPT,两组支路输出并联,经过单相全桥变换器进行并网逆变,保持交流输出电流与电网电压同频同相,以最大程度地利用光伏发电资源.系统还采用了主动式频率偏移法进行反孤岛效应控制.研制出5kW的实验样机,通过实验验证了方案的可行性.     

准开关升压逆变器的多模态组合控制

准开关升压逆变器由有源开关升压单元和逆变桥单元两部分组成,包含多个全控型开关,开关器件的通断组合可以构成不同的工作模态。通过控制工作模态的先后次序和持续时间,可以得到不同的输出效果,给准开关升压逆变器的控制带来很多可能性。为了全面掌握准开关升压逆变器的控制策略,该文首先根据开关的通断状态得到单相准开关升压逆变器的4种工作模态;然后,通过不同工作模态的有效组合,推导出准开关升压逆变器所有可能的控制方式,包括2种两模态控制、3种三模态控制和1种四模态控制。然后,比较不同的控制方式下准开关升压逆变器的工作性能,将准开关升压逆变器的三模态2、3与两模态1进行了详细地对比分析。最后,开展仿真与实验验证,验证该文提出的电力电子变换器多模态组合控制的可行性。     

Novel Pulse-width Modulation Strategy to Minimize the Switching Losses of Z-Source Inverters

This article proposes a novel pulse-width modulation strategy to minimize switching losses of the Z-source inverter. The Z-source inverter has different pulse-width modulation patterns unlike the conventional voltage source inverter. Shoot-through states have been inserted within the zero states of the traditional pulse-width modulation patterns of a voltage source inverter to boost DC input voltage. Thus, the Z-source inverter has six active states, two zero states, and additional shoot-through states differentiating the Z-source and conventional voltage source inverters. The currents flowing through the switches of the Z-source inverter are larger than those of the conventional voltage source inverter, because Z-network currents must flow through the switches during the shoot-through states. Therefore, shoot-through currents increase the total switching losses of the Z-source inverter. In this article, switching losses of the Z-source inverter with the existing pulse-width modulation strategy are analyzed in detail. Then, new modulation signals of the Z-source inverter are introduced to produce unique pulse-width modulation patterns that minimize the switching losses of the Z-source inverter. The switching losses of the Z-source inverter with both pulse-width modulation strategies are simulated and compared. In addition, an experimental system has been built and tested to verify the effectiveness of the proposed strategy.     

改进型抽头电感准Z源逆变器

以分布式电源并网发电为背景,以提高逆变器的升压能力、探索新的逆变器拓扑结构为目的,提出一种改进型抽头电感准Z源逆变器。采用在准Z源逆变器中引入抽头电感的方法,得到了一种新的逆变器拓扑,与抽头电感准Z源逆变器相比,此改进型拓扑具有对称抽头电感结构。介绍了改进型抽头电感准Z源逆变器的工作原理,分析了升压能力。将所提逆变器与传统Z源逆变器作比较,结果表明所提出的逆变器具有较高的升压能力,可以利用抽头的位置来调节升压比,具有良好的对称性,减少器件的电压应力,增强了系统的可靠性。设计并观察实验,实验结果验证了此逆变器的性能。表明此逆变器具有良好的性能,在一定程度上能够满足分布式电源并网发电对逆变器的要求。