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永磁同步电机驱动用z源变流器的系统效率研究

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永磁同步电机驱动用Z源变流器的系统效率研究

作者：王好乐哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

2003年,美国密歇根州立大学的彭方正教授提出了z源变流器。电压源z源变流器不仅可以实现传统DC-DC变换器升压的功能,而且允许桥臂直通,拥有很高的可靠性;z源变流器不同于传统升压拓扑的两级控制结构,属于单级控制结构,控制简单易于实现... 详细信息

2003年,美国密歇根州立大学的彭方正教授提出了z源变流器。电压源z源变流器不仅可以实现传统DC-DC变换器升压的功能,而且允许桥臂直通,拥有很高的可靠性;z源变流器不同于传统升压拓扑的两级控制结构,属于单级控制结构,控制简单易于实现。通过z源变流器提升母线电压可以拓展电机运行转速,变流器损耗有所增加;弱磁控制通过增加定子直轴去磁电流分量来维持高速运行时电压的平衡,达到扩速的目的。相比传统弱磁扩速方案,z源升压扩速方案减小了电机铜损,但增加了变流器的损耗,因此z源变流器在扩速区对系统总损耗的影响值得分析和研究。如果永磁同步电机驱动用z源变流器的系统效率能够得到提升或者在某些工况高于传统变流器,则对z源变流器的工业化产品化起到一定推动作用。本文给出了z源变流器系统的主电路,并说明了其工作原理。设计了z源变流器的控制软件,采用四段式SVPWM调制技术,设计了直流母线电压、电感电流双闭环控制器,实现了直流母线电压的稳压控制。分析了永磁同步电机弱磁扩速原理和z源升压扩速方案。解析分析了z源升压方案下电机的转折转速和极限转速,分别得出了扩展前后永磁同步电机的机械特性曲线,实验结果证实了理论分析的结论。考虑到z源变流器拓扑结构和调制方式的特殊性,推导了永磁同步电机z源变流器系统的损耗计算公式,并以此为理论基础,建立仿真模型。通过仿真模型模拟实际工况,得出变流器各器件的损耗,并且比较和分析了仿真结果与计算结果,仿真结果证实了由本文采用的损耗公式计算出的损耗值比较准确,计算结果能够做为真实损耗值进行应用。分别仿真分析弱磁方案和z源升压方案系统损耗,z源升压方案在轻中载工况下损耗小于弱磁扩速方案。给出z源变流器硬件设计方案,包括控制电路设计和主电路参数选择。然后对永磁同步电机不同工况下实验结果进行分析,变流器分别采用弱磁方案和z源升压方案,得到相应的变流器效率、电机效率以及系统效率,z源升压方案变流器效率低于弱磁方案;z源升压方案电机效率高于弱磁方案;在低功率工况下z源升压方案系统效率高于弱磁方案。

关键词：永磁同步电机 z源变流器弱磁升压损耗效率

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基于DSP的z源变流器的控制与设计

基于DSP的Z源变流器的控制与设计

作者：田新全合肥工业大学

学位级别：硕士

传统的变流器主要有电压型变流器和电流型变流器两种,作为实现电能DC/AC、AC/DC的变换在各种功率变换中的应用十分广泛。但是这两种类型的变流器都存在自身的缺陷:或是升压型,或是降压型,仅靠单级功率变换不可能同时满足升/降压的要求,... 详细信息

传统的变流器主要有电压型变流器和电流型变流器两种,作为实现电能DC/AC、AC/DC的变换在各种功率变换中的应用十分广泛。但是这两种类型的变流器都存在自身的缺陷:或是升压型,或是降压型,仅靠单级功率变换不可能同时满足升/降压的要求,即变流系统的输出电压范围总是有限的,或高于、或低于输入电压,这使它们的应用场合受到了限制。为了得到相对于变流器输入侧更低的电压(或更高的电压),须增加额外的变换电路,从而降低了系统的运行效率,并且在传统的变流器中可能会出现因EMI噪声干扰而导致的桥臂直通(或开路)现象,这会直接导致开关管因过流(或过压)而损坏,因此系统的可靠性降低,为避免这一现象,通常采用加入死区时间的办法,但这又会引起波形的畸变。本文研究了新型的z源变流器,以克服传统变流器的理论缺陷,它在传统变流器的基础上引入z型阻抗网络形成新的拓扑,获得一些独特的、优越的性能。在新的z源变流器中,传统变流器故障状态——直通成为其一个正常工作状态,从而在根本上杜绝了EMI引起的桥臂共通毁坏电路故障情况。同时,它利用直通状态使得z源变流器获得可升可降的输出电压,成为一个Buck/Boost变流器。 z源变流器依据其自身拓扑结构的不同以及应用场合的不同需求,分为z源逆变器和z源整流器。本论文在理论分析z源变流器升降压工作原理的基础上,给出了z源变流器的状态空间平均数学模型和小信号扰动模型,并对这种新型的z源变流器几种常用的PWM调制策略作了详细的对比分析,在上述理论分析的基础上,搭建了一台2KW的基于光伏并网发电系统的三相z源逆变器样机平台,但因为二极管的反向阻断特性使z源逆变器无法实现能量的双向流动,基于这一点出发,搭建了一台2KW的基于蓄电池充放电系统的三相z源整流器样机平台,两个典型应用系统的仿真和实验结果相一致,说明了系统理论研究和设计分析的合理性,验证了z源变流器的新特性。

关键词： z源变流器 z型阻抗网络直通光伏并网能量双向流动蓄电池充放电

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光伏发电系统的z源变流器研究

光伏发电系统的Z源变流器研究

作者：廖锦涛华东交通大学

学位级别：硕士

在当今能源日益紧张的大环境下,太阳能作为一种可再生能源,不仅是近期急需能源的补充,也必将是未来能源的发展方向。光伏发电作为新能源分布式发电的重要组成部分正蓬勃发展。变流器是光伏发电系统的核心部件。为提高光伏发电系统适应... 详细信息

在当今能源日益紧张的大环境下,太阳能作为一种可再生能源,不仅是近期急需能源的补充,也必将是未来能源的发展方向。光伏发电作为新能源分布式发电的重要组成部分正蓬勃发展。变流器是光伏发电系统的核心部件。为提高光伏发电系统适应光伏阵列电压大范围波动的灵活性,可靠性,系统采用原本应用于燃料电池的z源变流器结构。本文在对z源变流器工作特性深入分析的基础上,对光伏发电系统进行研究。其中研究的主要内容有: 1.从z源变流器拓扑结构,开关模式,等效电路工作状态以及控制脉冲序列四个方面进行分析z源变流器正常工作原理,最后还分析非正常工作状态对z源变流器正常工作的影响。 2.对z源变流器进行了状态空间平均法的建模分析。建立了两种小信号模型:更注重负载对系统的影响的光伏发电系统带感性负载的z源变流器小信号模型和更注重光伏阵列的模型对系统的影响的光伏发电系统的z源变流器直流侧小信号模型,由此可以进行了模型分析与传递函数推导。 3.对z源变流器简单升压控制、最大升压控制、最大恒升压控制、空间矢量修改法四种直通状态控制法进行了详细关系推导及分析比较。对光伏并网z源变流器系统分别从输出并网电流闭环、电容电压闭环、光伏阵列输出电压闭环进行了闭环控制策略设计。调节器参数设计采用经典控制理论中的图解根轨迹法并满足动态特性指标方法,并以系统开环增益裕量和相位裕量进行稳定性验证。 4.对光伏电池的光电转换原理及其输出外特性和MPPT最大功率点控制策略进行分析论述,并对光伏电池建立了数学简化模型和对光伏阵列建立五参数等效模型。 5.对z源变流器进行主电路参数设计。以抑制直流电压中低次电压波动量的方法设计z源网络电容值,以抑制输出电流纹波特性和避免非正常状态的方法设计z源网络电感值。并以matlab/simulink仿真软件平台验证分析的正确性,并通过比较分析证明z源变流器是一种稳定性好,转换效率高,能够充分适应光伏阵列输出电压大范围波动的变流器。

关键词： z源变流器直通状态状态空间平均最大功率点追踪

基于无源理论和动态演化理论的zSC-SMES控制策略

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高电压技术 2019年第6期45卷 1889-1897页

作者：雷勇林晓冬朱英伟杨超四川大学电气信息学院

超导磁储能(SMES)变流器是实现超导磁体与电网之间双向功率流动的关键部分,而由电磁干扰等原因造成的开关管误动会导致变流器的同一桥臂直通,严重危害了系统的安全运行。因此,首先提出了一种基于z源变流器(zSC)的SMES新型拓扑结构,以提... 详细信息

超导磁储能(SMES)变流器是实现超导磁体与电网之间双向功率流动的关键部分,而由电磁干扰等原因造成的开关管误动会导致变流器的同一桥臂直通,严重危害了系统的安全运行。因此,首先提出了一种基于z源变流器(zSC)的SMES新型拓扑结构,以提高SMES运行的可靠性。其次,考虑到SMES变流器存在较强的非线性特性,因此精准的控制策略是SMES应用于电力系统的前提。针对zSC-SMES的交流侧变流器以及直流斩波器两部分,分别提出了基于无源理论和动态演化理论的控制策略。仿真结果表明,基于该控制策略的zSC-SMES具有高电能质量的输出特性,对功率指令具有优秀的跟踪能力,同时能够有效跟踪直流侧的参考电压。与SMES的传统PI控制策略进行对比分析,所提出的控制策略具有更好的动态性能和鲁棒性。

关键词：无源理论动态演化理论 z源变流器超导磁储能双向功率控制

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基于z源逆变器的光伏并网系统的研究

基于Z源逆变器的光伏并网系统的研究

作者：曹海红西安科技大学

学位级别：硕士

光伏并网发电是太阳能光伏发电应用发展的趋势，逆变器是光伏并网发电系统核心部件之一，由于传统的电压型和电流型逆变器存在着原理上的障碍和局限，因此本论文主要分析一种新型的z源逆变器，它能够克服传统电压型和电流型逆变器的理... 详细信息

光伏并网发电是太阳能光伏发电应用发展的趋势，逆变器是光伏并网发电系统核心部件之一，由于传统的电压型和电流型逆变器存在着原理上的障碍和局限，因此本论文主要分析一种新型的z源逆变器，它能够克服传统电压型和电流型逆变器的理论局限。在电压型逆变器中引入z网络后，使逆变器主电路的直通成为可能，并且可以利用逆变器的直通使z源逆变器成为一个升压降压型的逆变器。本论文对z源逆变器的电路拓扑结构、升降压原理以及等效电路进行了详细的分析、通过分析根据不同的研究角度得出了z源逆变器的优点，然后讨论了阻抗源变换器的各种控制方法，建立SVPWM算法数学模型并进行了仿真，对电路性能进行了验证，最后通过分析计算设计出z网络，电压电流采样调理电路等。利用最大功率跟踪控制使得太阳能输出功率最大，同时交流电流作为并网电流实时跟踪电网电压的频率和相位。逆变器的并网控制方式采用电压源电流控制方式，并网控制方案采用跟踪实时电流的三角波比较方式，该系统采用TMS320LF2407DSP芯片控制整个并网系统，利用DSP丰富的外围电路和强大的功能实现并网系统的所有控制和保护功能，以DSP为控制核心的光伏并网逆变系统具有可靠性强，工作效率高，稳定性好等优点,其加快了光伏并网发电系统的应用和推广。最后搭建实验电路，通过DSP的控制，验证了系统的可靠性和有效性。

关键词： z源变流器电压型电流型并网逆变器