准Z源逆变器的暂态建模与分析

为了研究准Z源逆变器的内在特性及Z源网络不同组件容量对逆变器动态性能的影响, 对准Z源逆变器在电流连续模式下进行暂态建模与分析.采用信号流图的小信号建模方法对该逆变器的DC侧建模,获得控制与输出的传递函数,为准Z源逆变器设计控制策略提供理论依据.发现传递函数存在右半平面零点,说明逆变器具有非最小相位输出的特性.利用控制...     

带抽头电感的准Z源逆变器建模与特性分析

近年来,Z源逆变器、准Z源逆变器的提出解决了传统电压源逆变器在应用中的诸多局限,受到了很大的关注,但拓扑本身的一些不足也限制了其进一步的发展。本文对一种带抽头电感的准Z源逆变器进行研究,通过分析其各种工作模态,发现该拓扑具有更高的升压能力,更小的电容电压应力;本文使用状态空间平均法,提出了该类阻抗源逆变器拓扑的一般化直流侧小信号模型,并根据控制量与输出量之间的传递函数,分析了升压网络参数及直通占空比变化对系统的影响;同时设计了闭环调节器,相较于Z源逆变器、准Z源逆变器,其动态性能得到了提高。最后通过仿真和实验验证了上述特性。     

基于无源性理论的光伏储能型准Z源并网逆变器控制方法研究

储能型准Z源逆变器（qZSI）在光伏发电中具有突出优势,有助于减少光伏发电系统中的功率波动。为解决比例微分（PI）控制响应速度慢、超调量大、控制参数多且不易确定等问题,提出储能型qZSI的非线性无源控制方法。首先,对储能型qZSI无源控制系统进行无源性和稳定性证明;然后,依据储能型准Z源的E-L模型,设计无源控制器;最后,通过Matlab/Simulink验证了在光伏光照变化及网侧功率变化时,采用无源控制方法的优越性。与PI控制器对比,设计的无源控制器响应速度更快、控制参数更少,实现了对系统的鲁棒性控制,获得了更好的动态性能。     

基于模型预测控制的开关电感准Z源逆变器研究

近年来,模型预测控制(MPC)因其良好的控制特性受到广泛关注。本文研究一种应用于开关电感型准Z源逆变器(SL-qZSI)的模型预测控制(MPC)算法。首先建立开关电感准Z源逆变器的状态变量及输出变量预测模型,基于该模型计算准Z源网络电感电流,电容电压和负载电流下一采样时刻的预测值。根据多变量控制目标,得到损失函数并令其最小,得到所对应的开关状态作为下一时刻的开关状态。仿真结果验证了所研究控制方法的正确性及有效性。     

Quasi-Z源逆变器的建模分析与控制

Quasi-Z源逆变器是在Z源逆变器的基础上提出来的新型电路拓扑结构.分析了Quasi-Z源逆变器的工作原理,建立了其小信号模型,得出了直通占空比至直流母线电压峰值的传递函数.并设计了Qua-si-Z源逆变器的电压电流双闭环控制系统,该控制系统实现了对直流母线电压峰值的间接控制,能克服输入电压变化、负载变化等扰动的影响,使输出电压始终保持恒定,具有良好的动态性能和稳态性能.最后,通过仿真实验验证了控制系统的有效性.     

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。     

增强型Z源逆变器的直流链电压直接控制策略

增强型Z源逆变器与传统Z源逆变器相比不仅具有很强的升压能力,而且很大程度减小Z源网络电容、开关器件电压应力.但Z源逆变器现有控制策略是通过测量电容电压构建闭环间接控制直流链峰值电压,而Z源网络电容电压并不能准确反映直流链电压的动态特性.为了提高增强型Z源逆变器的直流链电压动态响应速度和控制精度,借助于数学建模,提出一种直流链电压直接控制的闭环控制策略,通过直接测量直流链峰值电压来提高系统的控制精度,采用电感内环、直流链峰值电压外环的双闭环控制提高了系统的动态响应速度,有效地抑制非最小相位特性对系统地影响.仿真和实验结果证明控制器对输入和负载扰动具有很好抑制能力.     

一种新型共地拓扑的单相非隔离型准Z源光伏并网逆变器研究

准Z源逆变器可以实现升压功能,允许同桥臂上下开关管直通,提高了逆变器的可靠性,但准Z源逆变器存在共模电流,为解决准Z源逆变器的共模电流问题,提出了一种新型共地拓扑的单相非隔离型准Z源光伏并网逆变器.分析了传统准Z源逆变器产生共模电流的原因,改进了准Z源逆变器的逆变拓扑结构,引入虚拟直流母线,通过将光伏阵列和电网的负端共...     

级联多电平准Z源逆变器的无差拍并网控制策略

以单项级联准Z源逆变器为研究对象,以提高动态响应速度和减小并网电流总谐波畸变率为研究目标,提出一种总分式无差拍并网控制策略。首先,针对级联型准Z源逆变器各模块输入功率有差异的特点,定义模块功率比例因子并将其应用于模块功率控制,实现各模块差异化功率分配和最大功率输出,并实现各模块直流链电压平衡。其次,建立并网电流与系统反馈状态量模型,采用无差拍控制策略实现并网电流快速控制。最后,通过建立仿真模型验证了所提算法的有效性和正确性。     

直流储能型准Z源光伏并网逆变器

针对光伏并网发电系统因输入波动所引发的功率不平衡问题,提出一种具有连续电流输入的储能型准Z源逆变器解决方案。详细推导了小信号激励下该逆变器的数学模型,采用母线电压控制和网侧电流控制的并网策略,构建了一套储能电池功率与电流双闭环控制的充放电管理方法,以实现对光伏电池输出功率波动的抑制。与此同时,在MATLAB/Simulink环境下搭建了直流储能型准Z源光伏并网系统的全套仿真模型及相关工况仿真研究,系统良好的静、动态仿真结果显示,所提出的设计方案与控制方法能够有效解决并网型光伏系统的功率不平衡问题。     

Drawbacks of impedance networks

This paper presents the influence of voltage‐fed impedance networks, known as Z‐source and quasi–Z‐source, as well as some more sophisticated networks on the static and dynamic properties of voltage source inverters. The impedance networks increase output voltage distortions with the second harmonic of the fundamental harmonic and decrease the power efficiency. The distortions of the output voltage increase for the discontinuous current mode of the impedance network. The DC voltage boost factor depends on the impedance network power losses. The impedance networks add 2 resonant frequencies that are very close each other to the control transfer function of the inverter in the frequency range that is close to the fundamental frequency. The influence of the impedance network on the control transfer function depends on the effective damping resistance in the impedance network. The impedance network operation during the “shoot‐through” time increases the damping of the inverter output filter. The effective damping resistances and the inductance of the coils depend on the power losses in the magnetic materials. Theoretical models along with experimental verification can help to estimate the real influence of impedance networks on the inverter properties.     

LCL滤波的双频并网逆变器控制策略研究

提出一种新型的采用LCL滤波器对双频并网逆变器输出电流进行滤波的控制策略。高频逆变器采用基于准比例谐振调节器和比例调节器的双闭环控制,改善系统进网电流的动态性能;低频逆变器采用滞环控制,快速跟踪高频逆变器电流,传递大部分功率。额定容量为50kVA并网逆变器的仿真结果,验证了所提方案的有效性和实用性。     

基于PR控制和虚拟阻抗的光伏并网逆变器的研究

设计了一种采用准比例谐振控制零稳态误差的光伏并网逆变器控制系统。与常规的PI控制相比,该控制方法可对正弦输入信号进行无静差跟踪,同时克服了常规比例谐振(PR)控制器抗电网频率波动能力差的缺点。此外,结合虚拟阻抗技术,改善了传统LCL输出滤波器的性能,实现对LCL滤波器高频谐振的有效抑制而又不带来系统功率损耗。仿真试验证明,基于准比例谐振控制和虚拟阻抗技术的光伏并网逆变器具有良好的稳态性能和抗干扰能力。     

基于准Z源有源功率解耦的改进调制策略

为了抑制直流侧存在的二倍工频(2ω)脉动,传统单相准Z源通常需要设计庞大的准Z源阻抗网络,针对此问题,研究一种基于准Z源的有源功率解耦方法来抑制其二倍工频脉动。首先,通过状态空间平均法建立了有源功率解耦型准Z源拓扑的工作模型,分析了不同工作状态对解耦电路元件参数选取的影响,据此提出一种改进的调制策略以减小解耦电路电感电流波动。其次,采用主电路双环控制和基于PR控制器的解耦电路控制实现二倍工频解耦。最后通过仿真验证了结论。结果表明:改进调制策略后能有效地降低准Z源阻抗网络和解耦电路电感电流波动,准确完成二倍工频功率解耦,且有效地降低了直流链电压的波动,提高了逆变器运行稳定性。     

基于空间矢量定时滞环控制的Z源光伏并网控制策略

利用电压空间矢量对Z源光伏并网逆变器线电流进行定时滞环控制,以控制误差为0且开关频率固定为目标,设计了定时滞环控制器,实现了并网电流与电网电压同步,获得了较高的功率因数。同时,零矢量在每个控制周期开始时刻作用,通过计算零矢量作用时间可能的最小值,计算得到占空比并成功插入直通时间实现了直流升压。所提出的系统及方案具有响应快速、精度高、抗干扰能力强、开关次数少、易于数字化实现等优点。仿真和试验结果均验证了该控制策略的正确性。     

七相逆变器有限控制集模型预测控制技术研究

为得到七相变频调速系统电流控制的良好动静态性能,将有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略应用到七相电压源型逆变器的电流控制中。七相电压源型逆变器具有128个空间矢量,其中包含126个非零矢量和2个零矢量,在每个采样周期内,选择几组特殊的空间矢量,并对这些空间矢量进行在线评估,采用使目标函数最小的空间矢量作为下一个周期施加的矢量。此控制策略简单,具有较好的动静态性能,谐波消除明显。以DSP芯片TM320F28335为处理器,搭建七相逆变器阻感负载实验平台,进行相关实验,进一步研究目标函数、空间矢量数目以及采样时间等因素对控制性能的影响。研究结果证明了控制策略的正确性和有效性。     

分时复用控制多路输出开关电源

针对传统的电压型PWM单反馈支路控制多路输出开关电源存在的非反馈支路调节性能差,以及输出支路之间存在交叉影响的问题,采用反激式变换器实现单输入三输出电压,同时引用电压型分时复用控制方法,从而得到稳定可靠的5V、15V、24V三个输出电压等级。详细介绍了主功率电路和控制电路的工作原理,并分析了在DCM(电流不连续模式)下反激变换器三种工作状态的交流小信号动态特性,进而建立了控制对象的开环传递函数并对其进行了仿真分析。分析可知,其低频段斜率为0dB/dec,不能实现无静差;高频段斜率为-20dB/dec,抗干扰能力差。基于此,在电压型控制回路中增加一个单极点—单零点补偿网络后,低频段斜率提高到-20dB/dec,高频段斜率提高到-40dB/dec,从而改善了系统输出性能。最后通过MATLAB软件搭建了分时复用控制多路输出开关电源的模型并进行了仿真,仿真分析可知针对此拓扑电路结构所采用的电压型分时复用控制方法能够得到稳定的、可靠的和调节性能较好的三路输出直流电压。     

单相固态变压器逆变级的建模与控制

为了实现固态变压器逆变级在不同调制方式的高性能控制要求,采用开关周期平均法和小信号扰动法,建立了单相固态变压器逆变级在双极性调制和单极性调制方式下的连续数学模型,并分别推导了内环电流对占空比的传递函数以及外环电压对电流的传递函数。明确了其数学模型和传递函数在单极性和双极性调制方式下是不一致的,避免了采用同一个数学模型所导致的控制性能不佳等问题。依据串级系统原理,设计了外环电压子系统和内环电感电流子系统,并提出了具体PI控制器参数设计方法。实验结果表明,建立的系统模型正确,且逆变级输出电压稳态精度高,响应速度快,电压总谐波畸变率低,表明控制策略设计合理。     

基于复合控制的中频逆变电源研究

针对中频逆变电源的特殊应用领域和对其较高的性能要求,提出了一种基于重复控制和PI控制的复合控制策略,并建立了中频逆变电源的数学模型,详细分析了重复控制系统的原理和结构,重点阐述了重复控制系统中的重复控制发生器和补偿器的设计方法,最后建立了该复合控制的系统框图。该方案利用重复控制来提高系统的稳态性能和谐波抑制能力,而PI控制则用于改善系统的动态特性。基于该复合控制策略,采用仿真软件Matlab7.0建立了中频逆变电源的仿真模型,仿真实验结果表明,该方案能够使中频逆变电源在额定阻性负载、突加和突减阻性负载时均能获得良好的稳态和动态性能,即使在带非线性负载时也能获得比较理想的输出波形。     

三相逆变器的单环与双环控制比较研究

三相恒压恒频逆变器可采用单闭环和双闭环两种控制方法,为详细认识这两种方法的优缺点,建立同步旋转坐标系下三相逆变器模型,分别设计了带解耦的单闭环PID控制和双闭环Pl—PI控制的三相逆变器。在相同的极点配置下,对比分析二者的等效输出阻抗频率特性,并在PSCAD中仿真对比动态响应性能。结果表明,两种控制方法均具有优良的动态响应性能,但双闭环控制在低频段的等效输出阻抗较单闭环低,带非线性负载能力更强,且易实现输出限流保护功能。