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三相Z源逆变器的最优滑模预见重复控制

电子测量与仪器学报 2022年第10期36卷 197-207页

作者：谢卫才彭凡颜渐德湖南工程学院电气与信息工程学院湘潭411104

针对微网逆变器带不平衡和非线性负载时三相逆变器输出电压电流谐波大的问题,提出一种最优滑模预见重复控制的方法,实现对不平衡负载和非线性负载等非正常工况的快速响应和参考电压的高精度跟踪。首先,在前馈补偿环节引入预见控制器,并... 详细信息

针对微网逆变器带不平衡和非线性负载时三相逆变器输出电压电流谐波大的问题,提出一种最优滑模预见重复控制的方法,实现对不平衡负载和非线性负载等非正常工况的快速响应和参考电压的高精度跟踪。首先,在前馈补偿环节引入预见控制器,并利用差分算子,设计包含目标值信号和滞后环节反馈的扩大状态误差系统,将逆变器的控制问题转化为线性离散系统的调节问题;进一步,利用Lyapunov方法和线性矩阵不等式及最优控制器的设计方法,得到包含滑模控制、状态反馈、重复控制、和预见补偿的最优滑模预见重复控制器。实验结果表明,最优滑模预见重复控制带线性负载时电压波形畸变率从3.12%减少到0.78%,响应时间从10 ms减小为5 ms;其带非线性负载时电压波形畸变率从6.72%减少到0.92%,验证了所提方法的有效性。

关键词： Z源逆变器微网逆变器滑模控制重复控制预见控制

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有源箝位软开关变压器型Z源逆变器

电机与控制学报 2020年第11期24卷 118-126页

作者：丁新平余岱玲张承慧王伯荣张民青岛理工大学自动化工程学院山东大学控制科学与工程学院浙江大学电气工程学院

针对逆变电路中出现开关损耗和电磁干扰(EMI)问题,依托变压器型Z源逆变器,通过加入有源箝位电路,提出一种有源箝位变压器型Z源逆变器,实现了电路所有有源器件的软开关功能,降低了开关损耗和EMI的影响。根据设计需要,对一个开关周期中具... 详细信息

针对逆变电路中出现开关损耗和电磁干扰(EMI)问题,依托变压器型Z源逆变器,通过加入有源箝位电路,提出一种有源箝位变压器型Z源逆变器,实现了电路所有有源器件的软开关功能,降低了开关损耗和EMI的影响。根据设计需要,对一个开关周期中具体的工作模式和升-降压功能进行了研究,借助稳态分析法分析电路各部分之间的电压关系,分析具体的zVS工作过程,推导出各开关zVS环境的辅助电路参数条件。实验室设计1 kW实验样机波形表明:有源箝位软开关变压器型Z源逆变器可以实现大范围升压功能、同时减少开关损耗并改善EMI影响。验证了理论分析的正确性,以及所提出电路的有效性和实用性。

关键词： Z源逆变器准Z源逆变器有源箝位软开关变压器型Z源逆变器单级可升压逆变器

用于高速永磁电机的Z源逆变器直流链电压控制策略

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电工技术学报 2020年第16期35卷 3489-3497页

作者：吴昊坤黄科元吕维莫晓玲黄守道湖南大学电气与信息工程学院长沙410082

该文提出一种Z源逆变器直流链电压的控制策略及其实现方法。为了扩大高速永磁电机的运行范围,提高供电效率,需要依据电机运行状态实时地控制Z源逆变器的直流链电压。该文提出的策略不仅考虑电机稳态时的直流链电压,还设计动态升压曲线... 详细信息

该文提出一种Z源逆变器直流链电压的控制策略及其实现方法。为了扩大高速永磁电机的运行范围,提高供电效率,需要依据电机运行状态实时地控制Z源逆变器的直流链电压。该文提出的策略不仅考虑电机稳态时的直流链电压,还设计动态升压曲线并采取相应的非线性控制器保证实施效果。这种控制策略统一协调了直通占空比和调制度这两个主要控制量,因此在实现电压的快速跟踪与降低损耗的同时,也保证了系统的稳定性。另外,为了保证控制策略的实施效果,该文采用一种基于电容电压间接控制的模糊PI控制系统来控制直流链电压。这种控制方式很好地抑制给定突变或负载突变引起的系统波动。此外,该策略还可以应用于各种常规的电压型Z源逆变器的脉宽调制策略。实验验证了该策略的有效性。

关键词：电力驱动高速永磁电机模糊控制协调控制 Z源逆变器

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数字型Z源逆变器的设计

数字型Z源逆变器的设计

作者：白思思西安石油大学

学位级别：硕士

随着全球经济的快速发展,人们对能源的需求也日益增加,但由于传统化石燃料的不可再生性以及在使用过程中带来的环境污染等问题,开发新能源已经迫在眉睫。而逆变器作为风能、太阳能、燃料电池等新能源系统的重要组成部分,在能量转换和能... 详细信息

随着全球经济的快速发展,人们对能源的需求也日益增加,但由于传统化石燃料的不可再生性以及在使用过程中带来的环境污染等问题,开发新能源已经迫在眉睫。而逆变器作为风能、太阳能、燃料电池等新能源系统的重要组成部分,在能量转换和能量传递过程中起着举足轻重的作用。由于传统电压型逆变器具有输出电压只能低于输入电压、同一桥臂的开关器件不允许有直通等缺陷,在应用中具有一定的局限性。因此,本课题设计了一种数字型Z源逆变器,可以根据用户需求灵活实现升压功能,省去中间升压变换器,具有结构简单、成本低、可靠性高等优点。本文首先分析了Z源逆变器的研究现状,对Z源逆变器的拓扑结构、工作原理以及调制方法进行了详细介绍,通过和传统逆变器进行比较,突出了Z源逆变器在实际应用中的优势。其次,介绍了系统的电路设计方案,完成了系统主电路、滤波电路、驱动电路、采样电路的设计及参数计算,并进行了器件选型。在此基础上,将整个电路分为直流侧和交流侧两部分,利用状态空间平均法对其进行了小信号建模,设计了直流侧z源网络电容电压闭环控制回路和交流逆变侧输出电流电压双闭环控制回路。基于Saber软件平台设计了仿真验证电路,通过对开环和闭环反馈控制下的输出信号波形进行对比分析得出:在输入电压和负载发生突变时,所设计的闭环控制系统可以保证z源网络电容电压和逆变器的交流输出电压均稳定在设定值。最后,编写了DSP控制程序,并搭建了基于DSP控制的三相Z源逆变器实验验证电路。由实验结果可以看出,在输入电压发生突变时,z源网络电容电压能够稳定在设定值,因此输出电压可以保持稳定。结果表明,所设计的数字型Z源逆变器电路设计正确,控制方法合理性,具有良好的稳态和瞬态响应性能。

关键词： Z源逆变器直通零矢量闭环控制 DSP

Z源逆变器直通电流回路及功率开关管电流应力分析

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电工技术学报 2016年第4期31卷 123-128页

作者：张千帆董帅周超伟程树康哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨150001

Z源逆变器直通方式按桥臂直通数目可以分为单相、两相和三相直通,其中三相直通方式较其他两种具有开关管电流应力更小的特点。现有文献分析三相直通方式下功率开关管的最大电流应力是在直通电流比较大的基础上得出的,其值要大于负载相... 详细信息

Z源逆变器直通方式按桥臂直通数目可以分为单相、两相和三相直通,其中三相直通方式较其他两种具有开关管电流应力更小的特点。现有文献分析三相直通方式下功率开关管的最大电流应力是在直通电流比较大的基础上得出的,其值要大于负载相电流峰值。本文揭示了小电压增益和低功率因数下,功率开关管的最大电流应力与负载相电流峰值相等。并详细分析了三相直通方式时不同直通电流下负载的电流回路,为进一步分析开关管损耗、温升和热管理奠定基础;揭示了当Z源逆变器工作于直通状态,直通电流不同时负载的电流回路也不尽相同。针对不同的电流情况,得出了相应的开关管电流应力表达式,为三相直通方式下选择开关管的功率等级提供了依据。实验验证了理论分析的正确性。

关键词： Z源逆变器直通方式电流回路电流应力

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一种抑制Z源逆变器共模电压的PWM方法

电力自动化设备 2013年第6期33卷 81-86页

作者：张瑾中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室北京100190 电驱动系统大功率电力电子器件封装技术北京市工程实验室北京100190

根据临近三矢量脉宽调制原理,提出一种适用于两电平Z源逆变器的抑制共模电压调制方法,该方法通过比较2条调制波信号与1条载波信号,产生的脉宽调制信号分别控制逆变器每相桥臂的上、下2只开关管,并给出了2条调制波的生成方法。对所提调... 详细信息

根据临近三矢量脉宽调制原理,提出一种适用于两电平Z源逆变器的抑制共模电压调制方法,该方法通过比较2条调制波信号与1条载波信号,产生的脉宽调制信号分别控制逆变器每相桥臂的上、下2只开关管,并给出了2条调制波的生成方法。对所提调制方法的适用性进行了分析,结果表明该方法不存在调制比使用限制。仿真及实验结果均证实,所提出的抑制Z源逆变器共模电压的调制方法,不但可以将Z源逆变器输出共模电压限制在逆变桥输入电压峰值的1/3,而且输出电压不存在低次谐波畸变。

关键词：逆变器 Z源逆变器共模电压脉宽调制电压控制

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单相升降压型双端共地Z源逆变器研究

单相升降压型双端共地Z源逆变器研究

作者：张晓钰燕山大学

学位级别：硕士

为了解决目前化石能源短缺与人们日益增长的能源需求之间的矛盾,可再生光伏能源得到了广泛的关注与发展,尤其是非隔离型光伏系统,具有体积小、成本低、效率高等优势,在未来的应用场景较广。但目前非隔离型光伏系统仍存在一些不足,一方... 详细信息

为了解决目前化石能源短缺与人们日益增长的能源需求之间的矛盾,可再生光伏能源得到了广泛的关注与发展,尤其是非隔离型光伏系统,具有体积小、成本低、效率高等优势,在未来的应用场景较广。但目前非隔离型光伏系统仍存在一些不足,一方面由于光伏板寄生电容和输出滤波电感、滤波电容通过接地回路构成谐振网络,容易产生较大漏电流,从而引起并网电流畸变、电磁干扰等问题,甚至对人身安全构成威胁;另一方面,由于单个光伏板电压低,因此需要高升压电路来满足输出电压要求。若通过采用较多的开关来实现升降压操作,往往会导致系统损耗大,效率低;同样,通过增加无源元件构成升降压单元的方式实现升降压操作,又会导致电路元件多,体积大,成本高。在隔离型逆变器中以抑制漏电流、减少元件数量、提高电压增压为目的,开展了以下研究:本文以非隔离型逆变器为研究对象,提出一种单相升降压型双端共地Z源逆变器,即三开关双端共地Z源逆变器,采用双端共地结构,即输入侧负端与输出侧负端连接在一起,将寄生电容旁路,从而消除漏电流,同时拓扑采用元件数量少,使得系统体积小、成本低,拓扑实现升降压功能,在升压操作时具有较高的电压增益。本文详细介绍了三开关双端共地Z源逆变器结构,根据开关序列对工作模态进行阐述,分析两种调制方式,设计无源器件参数,此外对电路进行闭环控制建模以及并网控制建模,通过在MATLAB/Simulink中仿真验证,证实拓扑具有升降压能力以及并网发电能力。最后,基于TMS320F28335的DSP和XC6SLX9的FPGA搭建了一台三开关双端共地Z源逆变器的实验样机,并设计适用于主电路的控制电路。基于该实验平台验证了本课题拓扑在升压、降压以及并网条件下的动态性能以及稳态性能,根据实验结果证实了理论分析的正确性以及拓扑的有效性。

关键词：漏电流 Z源逆变器升降压型逆变器无变压器逆变器

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增强型双向Z源逆变器控制策略研究

增强型双向Z源逆变器控制策略研究

作者：李冠达哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

新能源发电技术和储能系统的蓬勃发展,带来了清洁环保、永不枯竭的电能生产模式的同时,对分布式发电系统中的逆变器提出了更高要求。Z源逆变器解决了传统电压、电流型逆变器无升压能力,上下桥臂不能直通的问题,并且无需增加升压模块和... 详细信息

新能源发电技术和储能系统的蓬勃发展,带来了清洁环保、永不枯竭的电能生产模式的同时,对分布式发电系统中的逆变器提出了更高要求。Z源逆变器解决了传统电压、电流型逆变器无升压能力,上下桥臂不能直通的问题,并且无需增加升压模块和死区时间控制模块。但依然存在升压能力有限、具有非正常工作状态和无法实现能量回馈的局限性,不适合在储能系统中应用。因此引入开关电感技术和全控型开关管的增强型双向Z源逆变器对分布式电网储能应用技术的发展具有深远的意义。首先,对比分析了Z源逆变器的各种衍生的扑结构及其优缺点,以此为基础改进得到了一种增强型双向Z源逆变器。通过基尔霍夫电压、电流定律详细的分析了增强型双向Z源逆变器的7种电流工作模态和2种电压工作状态下各个电压电流之间的数学关系。使用空间状态平均法建立增强型双向Z源逆变器的小信号模型,推导出拓扑中各变量之间的数学传递函数关系。其次,针对传统七段式SVPWM调制会导致本拓扑中全控型开关管的开断频率过高,提出了基于快速实现的三段式SVPWM调制策略;针对直通占空比至z源网络电容电压的传递函数含有右半平面零点,存在非最小相位特性的问题,选取了过渡过程短,无超调,不依赖于数学模型的自抗扰控制器,并在自抗扰控制器常用的非线性函数fal函数的基础上,以避免高频震颤现象和加快大误差条件下系统增益减小速率为目提出了改进的lfal函数,以此设计改进自抗扰控制器。最后,为验证所提出理论的正确性,搭建了基于MATLAB/Simulink的仿真平台,验证了增强型双向Z源逆变器的优势在于具有更强的升压能力,并且能够实现能量的双向流动;三段式SVPWM调制策略能够使开关管开关频率降低从而减小损耗;改进型自抗扰控制能够增强直流链电压控制的鲁棒性。

关键词： Z源逆变器 SVPWM 直流链电压自抗扰控制鲁棒性

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单相Z源逆变器控制策略

北京航空航天大学学报 2010年第3期36卷 357-362页

作者：张瑾齐铂金张少如北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 河北师范大学物理科学与信息工程学院石家庄050016

提出了一种单相Z源逆变器控制策略,该策略由z源网络电压控制环、交流侧电压瞬时控制环和直流侧电压纹波前馈控制环3部分组成.由于z源阻抗网络存在非最小相位效应,因此在z源网络电压闭环控制基础上引入了交流侧瞬时控制,使逆变器获得了... 详细信息

提出了一种单相Z源逆变器控制策略,该策略由z源网络电压控制环、交流侧电压瞬时控制环和直流侧电压纹波前馈控制环3部分组成.由于z源阻抗网络存在非最小相位效应,因此在z源网络电压闭环控制基础上引入了交流侧瞬时控制,使逆变器获得了较快的响应速度.针对负载较重时z源网络输出电压波动大的问题,通过电压纹波前馈控制修正调制比,有效抑制了直流侧电压纹波对交流侧的影响,提高了输出交流电压的波形质量.仿真及实验结果均证实了所提出的控制策略的有效性.

关键词： Z源逆变器瞬时值控制前馈控制正弦脉宽调制