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.     

Z-源逆变器在光伏发电系统中的应用

Z-源逆变器由于采用独特的X型Z-源网络,可以利用逆变器桥臂直通状态实现升压功能,从而使单级Z-源逆变器具有与两级并网系统相类似的性能。该文论述基于Z-源逆变器的光伏并网系统在变换效率、可靠性以及成本方面的优势,提出了一种新的单级Z-源逆变器并网系统两级控制策略, 该控制策略实现了MPPT控制和逆变器并网控制,使Z-源光伏并网系统能够动态跟踪光伏电池最大功率点电压,输出电流与电网电压同相位,从而达到较高的功率因数。软件仿真和实验分析证明了该控制方法具有优良的动、静态特性,适合各种变化的天气情况。     

基于Quasi-Z源逆变器的光伏并网系统

将具有连续电流输入的电压型Quasi-Z源逆变器(QZSI)应用于光伏系统。分析了该新型逆变器拓扑结构的工作原理,并提出基于Quasi-Z源逆变器的单级功率变换的光伏并网系统。将d-q旋转坐标系下有功和无功电流解耦的控制思想应用于文中所提光伏并网系统实现并网功率的控制,并研究了该系统PWM信号产生的策略。Matlab/Simulink仿真证明了该控制策略的合理性和可行性。     

反激型电流源高频环节光伏并网逆变器研究

电流源高频环节并网逆变器的电路结构简单、控制方便且成本低廉,因而在小功率并网发电系统中有广阔的应用前景.研究了反激型电流源高频环节逆变器的并网技术,详细分析该拓扑的工作原理,推导出变换器在各模态下的电压、电流关系及器件应力表达式,为选择合适的变压器匝比和开关器件提供了依据,并给出其他关键参数的设计方法.实验证明,该拓扑应用存小功率光伏并网场合能实现较高的效率和较好的进网电流质量.     

Split源光伏并网逆变器控制策略研究

用于存储可再生能源的并网电源转换系统需满足低成本,高效率和复杂度等要求.使用传统的并网逆变器时,通常需要在前级加入一个升压变换电路,从而造成了两级结构.单级并网逆变器只用一级能量变换就可实现DC-AC并网逆变功能,因此在体积、成本、质量和复杂度等方面均优于两级结构.基于上述分析,研究了Split源逆变器(SSI),作为阻抗网络型逆变器的替代选择.分析了SSI的工作原理,建立了平均状态模型.在此基础上,使用了一种改进的调制策略,结合同步旋转坐标系控制技术,实现了并网模式下SSI的解耦控制.利用Matlab/Simulink搭建的模型进行了仿真实验,结果验证了理论分析的正确性和实用性.     

Z源逆变器光伏并网系统杂散电感的影响

在Z源逆变器的光伏发电系统中,系统由直通状态到非直通状态转换时母线会产生寄生电压,增加了并网电能的谐波含量,严重影响了并网电能质量,同时增加了主回路损耗,降低了系统效率。针对此现象,在考虑杂散参数的基础上建立了Z源逆变器的等效模型。通过该模型的电路方程分析了母线寄生电压的产生机理及各杂散参数对母线寄生电压的影响规律,在此基础上,设计了一种母线寄生电压抑制电路。将其应用于1台基于Z源逆变器的光伏发电系统上,能够有效抑制Z源逆变器母线寄生电压,说明该方案具有可行性。     

单相光伏并网逆变器设计

简要介绍了光伏系统及其直流-交流逆变器的结构,选用了基于IGBT 的两电平逆变器作为光伏系统与交流电网接口的研究对象.重点研究了单相光伏并网两电平桥式电压型IGBT 功率逆变器的数学模型以及 PWM 调制技术.分析了光伏并网单相逆变器的时域数学模型,重点研究了单相光伏并网逆变器主电路和控制系统参数的选择,并对输出 LC滤波电路参数以及控制系统 PI参数进行了计算,得到了输出电压以及电感电流的表达式,设计了模拟PI调节器的结构及其参数.     

三相光伏并网Z-源逆变器的比例谐振控制

将具有独特的X型网络的Z-源逆变器应用于光伏并网系统,利用逆变器桥臂直通状态实现直流侧升压.对Z-源逆变器的拓扑结构和工作原理进行了详细的分析;根据电网电压定向的控制策略结合比例谐振控制器,利用改进的空间矢量脉宽调制方法实现了逆变器并网控制,使Z-源光伏并网系统能够动态跟踪光伏电池最大功率点电压,输出电流和电网电压相位,实现单位功率因数运行和电流波形正弦化.仿真结果表明系统具有良好的静态和动态性能,验证了采用的系统结构和控制策略的有效性和可行性.     

光伏并网级联H桥逆变器的无源控制

光伏并网级联H桥逆变器是典型的多变量、强耦合的非线性系统。针对目前采用线性控制简化或忽略了系统非线性特性这一问题,采用了一种本质上的非线性无源控制方法。首先,建立了逆变单元及并网级联H桥逆变器的数学模型;其次,建立了系统Euler-Lagrange模型,并对其无源性进行了分析;最后,完成了无源控制律的设计与仿真分析,其结果表明该方法在光伏并网级联H桥逆变器中表现出良好的控制效果。     

对称Quasi-Z源单相光伏并网逆变器的多环控制

对称Quasi-Z源逆变器很好地解决了传统Z源逆变器存在的电容电压应力高、启动冲击电流大等缺陷。分析了其工作原理,建立了基于对称的Quasi-Z源单相光伏并网发电系统,并提出了采用基于比例谐振(PR)调节器的单相并网逆变器的多环控制策略。在Matlab/Simulink环境中搭建系统仿真模型,对相关参数和控制策略的选取进行验证。仿真结果表明,基于比例谐振调节器的单相并网逆变器的多环控制策略不但能有效地实现并网逆变器的控制,而且能使系统保持稳定。     

改进型开关电感准Z源逆变器

提出了一种改进型开关电感（SL）准Z源逆变器拓扑,用自举电容代替已有的SLⅠ型准Z源拓扑中传统SL的一个二极管。选用SVPWM最大恒定升压调制策略实现对逆变器的控制,在相同直通比情况下,大大提高了直流链电压增益,尤其是在直通比〈0.2时提升的效果明显。这样就给了调制度很大的取值空间,从而保证了逆变输出的电压质量,可以适应光伏、燃料电池等电压大范围波动的场合对维持逆变器直流侧电压恒定的需要。经仿真和试验,结果证明了改进型拓扑的可行性。     

单相多模块电压源型逆变器

为实现低压直流到高压交流的变换,提出一种适用于低输入电压场合的单相多模块电压源型逆变器拓扑。产生同样大小的交流电压,电压源型逆变器(VSI)的直流侧电压仅需为传统H桥逆变器的1/3,因而更加适用于新能源发电系统和电池储能系统。介绍单相多模块VSI拓扑结构及工作原理,详细分析单极性PWM下电路运行特性,在此基础上完成电容器参数的设计,最后通过PSIM软件对该电路结构进行仿真,并搭建一个2k W的实验系统,对带有稳态负荷、阶跃负荷及感性负荷时的工作特性进行验证。仿真和实验结果表明,电容参数设计合理,提出的VSI具有较大的升压能力,并在阶跃负荷、感性负荷下依然具有良好的运行特性。     

简化型Z源并网逆变器

针对传统Z源逆变器电路体积庞大、启动冲击大、输入电流断续造成直流电压利用率低,提出了一种简化型Z源逆变器拓扑.该拓扑在基本保持传统Z源逆变器升压能力的前提下,减少阻抗网络中高压电容的数量,用二极管为直通状态下的阻抗网络电感电流提供续流电路,减小了电路的体积及设计成本,同时该拓扑不存在启动冲击问题,保证了输入电流的连续.将该拓扑应用于三相并网系统,基于dq坐标系电流解耦及阻抗网络电容电压恒定的原则设计了控制系统.对其稳态输出、并网功率突变、输入电压扰动等情况进行了仿真分析,验证了拓扑的可行性及性能.     

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。     

改进型Quasi-Z源逆变器

传统Quasi-Z源逆变器通过直通零矢量实现单级升降压,但随着输出电压的升高,电容电压越来越大,增加了对器件的要求.提出两种改进型Quasi-Z源逆变器拓扑,在保留传统Quasi-Z源逆变器优点的同时,具有以下特点:有效降低电容电压峰值及稳态电压;有效降低电路启动时电感电流峰值;有效降低器件要求,提高了系统可靠性.在理论研究的基础上,通过仿真结果验证了改进型Quasi-Z源逆变器的正确性和优越性.     

一种新型电源级联型三电平逆变器

在传统的具有独立直流电源级联型多电平逆变电路的基础上,提出一种新型的三电平逆变电路的拓扑结构,与同类型三电平逆变电路相比,该电路具有所用元件个数少,结构简单的优点。在此分析了该新型三电平逆变器的工作原理,并进行了仿真和实验验证。实验结果表明,该新型三电平逆变器实现简单,输出性能良好。     

一种新型准Z源并网逆变器

针对传统Z源/准Z源拓扑升压能力的不足,提出了一种新型准Z源逆变器,用新型的开关电感代替传统准Z源拓扑中的电感。详细探讨了电路的工作原理和并网控制方法,并进行了仿真。仿真及试验结果表明,该新型拓扑能在较短的直通时间内获得较大的升压效果,达到了预期的设计目的。     

推挽双向电流源高频链逆变器

研究了推挽电流源高频链逆变电路，介绍了它的工作原理和控制方案，给出了参数设计及器选择，实验结果证明该电路在V0－I0平面下能够四象限可靠工作。     

三相电压型PWM逆变器研究

为研究发电设备并网中的逆变器特性及控制方法,以三相电压型PWM逆变器为例,采用正弦波PWM法.建立其小信号模型并采用PSIM软件进行仿真.提出采用超前-滞后补偿对系统进行校正.实验结果验证了数学模型和控制策略的合理性,解决了此类非线性系统的线性控制问题,提高了逆变器的抗干扰能力.