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。     

新颖的单级三相电压型准Z源光伏并网逆变器

提出了一种新颖的强升压能力的单级三相电压型准Z源光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器,并对这种逆变器的电路拓扑、改进的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制策略和低频工作模式、高频开关过程、外特性等稳态原理特性进行了深入研究,获得了重要结论和电压传输比表达式。该电路拓扑是由大升压比准Z源阻抗网络、三相逆变桥和三相LCL滤波器构成,该改进的SVPWM控制策略为大升压比阻抗网络储能电容电压控制和光伏电池最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)外环并网电流内环控制。实验结果验证了采用改进SVPWM控制策略的准Z源逆变器的实际性能。所提出的准Z源逆变器为实现低输入电压或宽变化范围输入电压的新能源并网发电提供了一种有效方法。     

重复控制三相电压型准Z源光伏并网逆变系统EI北大核心CSCD

为提高准Z源逆变器的升压能力和并网电流质量,提出了一种采用重复控制的强升压能力的单级三相电压型准Z源光伏并网逆变系统,并对这种逆变系统的电路拓扑、改进的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制策略、离散控制系统的稳定性和调制器设计进行了分析。该系统电路拓扑是由大升压比准Z源阻抗网络、三相逆变桥和三相LCL滤波器构成;改进的SVPWM控制策略包括光伏阵列最大功率点跟踪控制和储能电容电压外环、并网电流内环控制,其中并网电流内环采用逆变器侧电流反馈控制策略,且融入了电网电压比例前馈、重复控制和PI串联的嵌入式复合控制来提高并网电流质量。实验结果证实了所提逆变系统电路拓扑、控制策略和系统设计的有效性。     

重复控制三相电压型准Z源光伏并网逆变系统

为提高准Z源逆变器的升压能力和并网电流质量,提出了一种采用重复控制的强升压能力的单级三相电压型准Z源光伏并网逆变系统,并对这种逆变系统的电路拓扑、改进的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制策略、离散控制系统的稳定性和调制器设计进行了分析。该系统电路拓扑是由大升压比准Z源阻抗网络、三相逆变桥和三相LCL滤波器构成;改进的SVPWM控制策略包括光伏阵列最大功率点跟踪控制和储能电容电压外环、并网电流内环控制,其中并网电流内环采用逆变器侧电流反馈控制策略,且融入了电网电压比例前馈、重复控制和PI串联的嵌入式复合控制来提高并网电流质量。实验结果证实了所提逆变系统电路拓扑、控制策略和系统设计的有效性。     

Z源单相并网逆变器控制的实现

提出了Z源单相并网逆变器的控制方法;分析了Z源网络和并网逆变器的建模,并在此基础上设计了Z源单相并网逆变器调节器。Z源单相并网逆变器控制系统由Z源网络电容电压控制环和输出并网电流控制环组成。Z源网络电容电压控制环采用PID调节;输出并网电流控制环采用PI调节。仿真和实验都验证了Z源单相并网逆变器控制方法的正确性和可行性。     

降电容电压型准Z源三电平逆变器及其恒功率并网控制

针对传统Z源三电平逆变器的Z源网络电容电压应力大、启动时存在冲击电流等问题,提出一种新型的准Z源中点钳位式(NPC)三电平逆变器拓扑结构,并对其并网控制方法进行研究。首先,分析了新型准Z源NPC三电平逆变器的结构和工作原理;然后将恒功率控制策略引入到准Z源NPC三电平逆变器的并网控制中,并结合SVPWM调制策略实现了逆变器并网控制;最后,进行了软件仿真与硬件实验。结果表明:准Z源NPC三电平逆变器能够减小Z源网络电容电压应力,并网控制方法能够实现逆变器输出的有功、无功功率有效跟踪设定值,且并网电流谐波含量较低。     

Z源逆变器并网独立双模式控制策略研究*

针对Z源逆变器电容电压恒压控制策略响应速度较慢的问题,提出了电容电压外环、电感电流内环双闭环控制策略,提高了系统的快速性。设计了Z源逆变器的并网和独立模型,并网模型实现了单位功率因数并网,独立模型保证了输出电压稳定。切换过程考虑到Z源逆变器电磁惯性大,电容电压、电感电流不能突变的特点,在并网到独立切换过程采用修正调制信号,在独立到并网切换过程采用Z源电感电流渐增控制,实现了双模式的平滑切换。     

基于Z源逆变器的永磁直驱风电系统不对称故障穿越策略

基于Z源逆变器的永磁直驱风力发电机组在不对称电网故障下运行时,将导致并网电流含负序分量,Z源网络电容电压泵升并含有二倍工频纹波等问题。由于系统机侧采用三相不可控整流,无法解决Z源网络电容中二倍频对发电机转矩脉动的影响,本文采用储能型Crowbar方案,通过对故障时系统功率流动的分析,提出一种基于Z源逆变器的永磁直驱风电系统不对称故障穿越策略,采用比例谐振控制器使流入储能装置的功率无静差跟踪发电机输出功率和Z源逆变器输出功率之差,不仅限制了故障时Z源网络电容电压的泵升,还消除了Z源网络电容上的二倍工频纹波。此外,通过在正负序同步坐标变换下电网正负序电压分别定向的方法,抑制了并网电流的负序分量。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

基于Z源逆变器的直驱永磁风力发电并网控制

将Z源逆变器应用于永磁直驱风力发电系统中。该逆变器能实现升降压变换的功能,同时不需要死区时间。本文以电压源型Z源逆变器为例,分析了基于Z源逆变器的永磁直驱风力发电系统并网的工作原理,针对其独特的阻抗网络和直通调制手段,采用改进升压控制方法,提出了一种基于Z源逆变器的直驱永磁风力发电并网控制策略。仿真结果表明,该控制策略具有良好的动态性能,提高了系统稳定性。     

光伏并网逆变器在不平衡电网下的控制策略研究

目前,在平衡电网电压下的光伏并网逆变器的控制已较成熟,而在不平衡电网下,光伏并网逆变器的传统控制策略会引起电压不稳定和有功无功功率的二次脉动.通过建立并网逆变器的数学模型,获得dq坐标系下的并网逆变器的动态方程,分析并网逆变器控制策略的关键是其锁相环能够准确提取电网三相电压相位.传统的三相同步锁相环(SRF-PLL)在电网三相电压不平衡时无法准确提取电压的相位,在举例分析国内外几种获取电压准确相位方法的优缺点的基础上,采取了一种基于解耦双同步参考坐标系下的锁相环(DDSRF-PLL)的控制策略,通过dq旋转轴的坐标系和解耦网络,可准确获取三相不平衡电网的电压相位,并采用旋转dq坐标系分离正负序分量,完成独立控制.最后构建电网三相电压平衡和不平衡工况下的光伏并网逆变器的仿真模型,验证了该控制策略的可行性和有效性.     

Double input Z-source inverter applicable in dual-star PMSG based wind turbine

This paper proposes a new double-input Z-network for application in wind energy conversion system (WECS) which is composed of two same DC voltage sources as input sources, two inductors and one capacitor. As a result, the presented structure requires less capacitor number compared to traditional Z-network and it will be able to deliverer energy of both DC sources to local load or grid. The proposed inverter is applicable in dual-star PMSG based WECS, since it requires two DC voltage sources in same value. Besides, dynamic modeling of dual-star PMSG is presented to analyze proposed WECS connected to grid which employs dual-star PMSG and double-input Z-source inverter. The proposed dual-input Z-source inverter controls maximum power point tracking (MPPT) and delivering power to the grid. Therefore, other DC–DC chopper is not required to control two sets of rectified output voltage of generator in view of MPPT. As a result, the proposed topology requires less power electronic switches and the suggested system is more reliable against short circuit. The ability of proposed WECS with dual-star PMSG and double-input Z-source inverter is validated with simulation results and experimental tests using PCI-1716 data acquisition system.     

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.     

基于三相Z源并网逆变器的间接单周控制策略

提出一种基于三相Z源网络的间接单周控制方式,解决常规控制方式所带来的系统复杂与响应速度慢的缺点。结合Z源阻抗网络中输入输出关系,建立三相Z源并网逆变器状态平均方程数学模型,运用单周控制原理推导控制方程,以实现单位功率因数并网。仿真结果表明,基于单周控制的三相Z源并网逆变器能在单个工频周期内(0.02s)实现单位功率因数并网,其输出电流谐波畸变率小于1%,且输出几乎不受输入电压波动的影响。与传统Z源并网逆变器比较,基于单周控制的间接电流控制方式能在没有电流采样环节的情况下快速实现单位功率因数并网,具有动态响应快、稳定性较强、鲁棒性较优的特点。     

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.     

Z-源逆变器直流链升压电路控制器的研究

本文提出了一种PID控制器控制Z-源逆变器Z-源网络电容两端的电压,得到较为恒定的直流链电压。基于Z-源网络小信号模型和直通占空比调制信号传递函数的基础上,得到整个环路的开环增益,设计了PID控制器。该控制器具有抑制诸如电源电压波动、负载电流扰动等的功能。同时,由于增加了微分(D)调节,系统的动态性能和稳定裕度都得到了很大程度的改善;能够克服由于Z-源网络电容和直通占空比之间的非线性关系给系统带来的闭环控制器设计困难、系统的动态性能差等缺点,使控制器参数设计非常准确、简单,动态、静态有了明显的提高。通过仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

Constant boost control of the Z-source inverter to minimize current ripple and voltage stress

This paper proposes two constant boost-control methods for the Z-source inverter, which can obtain maximum voltage gain at any given modulation index without producing any low-frequency ripple that is related to the output frequency and minimize the voltage stress at the same time. Thus, the Z-network requirement will be independent of the output frequency and determined only by the switching frequency. The relationship of voltage gain to modulation index is analyzed in detail and verified by simulation and experiments.     

三相负载不对称的Z源逆变器控制方法研究

在电源逆变器中,往往存在着负载不平衡的问题。为了解决这个问题,将采用一种新的解决方法,即引入一种新结构的Z源逆变器。在Simulink环境下建立系统仿真模型,采用空间电压脉冲矢量控制策略,构建Z源逆变器直通状态来解决三相不平衡负载的电压不对称导致的各种电器损坏问题。理论结合仿真实验,论证了其正确性。     

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。     

A Simple Control Scheme for the High Performance Z-Source Inverter

In the past decade, the Z-source inverter (ZSI) is successfully developed for many applications. This paper proposes a simple integrated control scheme for the high performance ZSI. A proportional-integral PI controller is used to regulate the voltage of the Z-network capacitor. Moreover, the peak value of the DC-link voltage is controlled by limiting the shoot-through duty ratio. Furthermore, the instantaneous voltage control technique is utilized to retain the sinusoidal shape of the output voltage. A feed-forward signal of the AC voltage is employed to smooth the output voltage. To generate the PWM signals for the ZSI switches, the simple boost control method is utilized which coordinates the operation of different controllers. Extensive digital simulations are conducted to evaluate the dynamic behavior of the proposed control scheme. Moreover, an experimental setup is built to verify the performance of the proposed control scheme for the high performance ZSI.