Z源逆变器拓扑及控制方法的研究

发布时间：2017-10-20 11:46

  本文关键词：Z源逆变器拓扑及控制方法的研究

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【摘要】：在新能源发电的能量转换与传递过程中,传统逆变器显得至关重要。但电压源型逆变器实现降压输出,同时为避免同一桥臂直通现象的发生,需加入死区时间,这将导致输出波形的畸变。电流源型逆变器亦有类似的问题。2002年,彭方正教授提出的Z源逆变器,凭借自身独特的阻抗网络实现了dc-dc变换器与桥式逆变器的耦合,并利用直通现象实现电路的升/降压输出,具有较宽的输出电压范围,有效克服了传统逆变器的缺点。目前,Z源逆变器的研究已引起了广大学者的关注。但随着Z源逆变器的推广应用,发现它本身也存在着缺点。为改善Z源逆变器的性能,国内外展开了一系列的研究,包括新型的拓扑结构、脉宽调制方法、建模控制方法和应用领域等。因此,对Z源逆变器的研究具有实际意义。论文从其拓扑结构入手,来改善传统Z源逆变器输入电流断续、电容电压高、升压能力弱等不足,提出了2种Z源逆变器的新结构,即开关电容型与高增益型Z源逆变器。在传统Z源逆变器的基础上,开关电容型Z源逆变器采用了独特的开关电容结构。在准Z源逆变器的基础上,高增益型Z源逆变器引入开关电感与变压器结构,其升压能力由开关电感个数N、变压器匝比n与直通零矢量时间三个因素共同决定。论文深入研究了高增益型Z源逆变器的拓扑结构、工作原理、一个开关周期内相关元件的能量流动过程。Z源逆变器及其衍生拓扑的都是利用直通状态来实现升压输出的。因此,可通过对传统逆变器PWM调制策略的改进,实现Z源逆变器的PWM调制。论文对五种调制策略的性能进行了比较分析,包括简单升压、最大升压、最大恒定升压、三次谐波注入升压与直通分段SVPWM。基于简单升压调制策略,将高增益型Z源逆变器与开关电容型Z源逆变器、3种新近拓扑结构—准Z源逆变器、开关电感型Z源逆变器、变压器型Z源逆变器进行了比较分析。高增益型Z源逆变器具有更强的增益能力、内在抑制启动冲击电流、输入电流连续等优点。论文详细介绍了高增益型Z源逆变器的电路设计,包括主电路与控制电路的设计,搭建了一台容量为650VA的实验样机,仿真结果与实验结果吻合,验证了理论分析的正确性。
【关键词】：Z源逆变器 开关电感 开关电容 变压器型z源逆变器 直通零矢量 高增益
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要6-7
• abstract7-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 研究背景及意义12
• 1.2 传统逆变器局限性12-14
• 1.2.1 传统电压源型逆变器12-13
• 1.2.2 传统电流源型逆变器13-14
• 1.3 Z源逆变器14-16
• 1.3.1 Z源逆变器的提出14
• 1.3.2 Z源逆变器的基本工作原理14-15
• 1.3.3 Z源逆变器的不足15-16
• 1.4 Z源逆变器国内外的研究现状16-17
• 1.5 本文研究内容17-19
• 第2章 Z源逆变器拓扑结构与调制策略19-33
• 2.1 拓扑结构19-25
• 2.1.1 准Z源逆变器19-20
• 2.1.2 开关电感型Z源逆变器20-23
• 2.1.3 T型Z源逆变器23-24
• 2.1.4 三种拓扑结构比较24-25
• 2.2 PWM调制策略25-33
• 2.2.1 简单升压调制25-26
• 2.2.2 最大升压调制26-28
• 2.2.3 最大恒定升压调制28-29
• 2.2.4 三次谐波注入升压调制29
• 2.2.5 直通分段SVPWM29-31
• 2.2.6 五种调制策略比较31-33
• 第3章 改进型Z源逆变器33-44
• 3.1 开关电容型Z源逆变器33-34
• 3.1.1 电路拓扑33
• 3.1.2 稳态工作原理33-34
• 3.2 高增益型Z源逆变器34-38
• 3.2.1 电路拓扑35
• 3.2.2 稳态工作原理35-38
• 3.3 五种拓扑结构的比较38-43
• 3.3.1 增益能力38-40
• 3.3.2 电容电压40
• 3.3.3 开关应力40-41
• 3.3.4 电路参数比较41-43
• 3.4 小结43-44
• 第4章 高增益型Z源逆变器的电路设计44-57
• 4.1 Z源网络参数的选取44-48
• 4.1.1 Z源电容计算44-45
• 4.1.2 Z源电感计算45-48
• 4.1.3 Z源二极管的选取48
• 4.2 功率器件设计48-50
• 4.2.1 功率器件的电压计算48-49
• 4.2.2 功率器件的电流计算49-50
• 4.3 输出滤波器设计50
• 4.4 调制电路设计50-53
• 4.4.1 智能功率模块IPM50-53
• 4.4.2 电源电路53
• 4.5 软件设计53-56
• 4.6 小结56-57
• 第5章 仿真与实验57-66
• 5.1 参数的选取57-58
• 5.2 仿真结果58-62
• 5.3 实验结果62-65
• 5.4 小结65-66
• 总结66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 彭方正,房绪鹏,顾斌,高奇,钱照明;Z源变换器[J];电工技术学报;2004年02期

2 李杰;王得利;陈国呈;宋丹;马yN炜;;直驱式风力发电系统的三相Z源并网逆变器建模与控制[J];电工技术学报;2009年02期

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本文编号：1066928