开关电感型Z源三电平逆变器研究

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1、摘要摘要随着社会的发展，人类大量的需求导致全球一次性能源逐渐枯竭，同时清洁可再生能源占据比重越来越大，各种可再生能源利用技术高速发展。逆变系统是其中重要组成部分以及技术的关键所在，自从Z源逆变器(Z-SourceInverter,ZSI)被提出以来，因其阻抗网络的特性和允许逆变器桥臂直通，从而为逆变器的升降压提供一种新的可行性，受到国内外学者越来越多的关注。但该逆变器因其输出容量小，电容电压应力大，升压能力有限等局限性，只适用于低压小功率场合。本文在传统Z源逆变器的基础上围绕改进后新型阻抗网络逆变器——开关电感型Z源三电平逆变器(Swit

2、chedInductorZ-Sourcethree-levelInverter)做出研究。较于传统的Z源逆变器，该拓扑的逆变器只需要更小的直通占空比即可提高升压系数，具有更大的电压增益，有助于改善输出电能质量，提高系统性能，适用于高压大功率场合。本文将围绕SL型Z源三电平逆变器的基本拓扑电路和工作原理展开分析。首先分别对传统Z源两电平逆变器，常规Z源三电平逆变器以及SL型Z源三电平逆变器进行分析比较，表明SL型Z源三电平逆变器在高压大功率等应用领域更具有优势。再详细分析了其空间矢量脉宽调制策略(SpaceVectorPulseWidthM

3、odulationSVPWM)及直通时间的插入方法，分析可知，优化矢量作用顺序后直通矢量的作用时间可以延长至下一个有效矢量，并对SVPWM方法做出改进和仿真验证。其次对中点电位平衡问题进行了详细的分析，发现如果在一个开关周期内上下直通时间相同，并且直通矢量在小矢量零状态中注入，则直通矢量的注入并不会影响平均中线电流，然后深入分析了中点电位平衡控制方法，利用引入平衡因子法对中点电位平衡进行控制。本文最后进一步深入研究了该逆变器DC侧直流链电压的控制，基于状态空间平均法和小信号模型建立了SL型Z源三电平逆变器直流侧升压电路模型，并详细分析了阻

4、抗网络主要参数变化对系统动态性能的影响，同时设计了具有良好性能的控制器，并对Z源网络作了总体设计。然后通过MATLAB/SIMULINK搭建仿真模型验证系统模型和所提的控制方案，仿真结果表明了系统模型的正确性以及所设计控制器的有效性。关键字：三电平；开关电感；状态平均；中点电位；直流链电压IAbstractAbstractWiththedevelopmentofsociety,alargenumberofhumanneedsleadtothegradualdepletionofglobaldisposableenergy,cleanand

5、renewableenergyoccupiesproportionbiggerandbiggeratthesametime,andvariousrenewableenergyutilizationtechnologieshavedevelopedrapidly.Invertersystemistheimportantcomponentandkeytechnology,sincetheZsourceinverterhavebeenproposed，foritsuniqueimpedancenetworkandallowanceofbridg

6、eshoot-through,whichprovidesanewmechanismfortherealizationoftheboost-buckvoltageinverter，attractedmoreandmoreattentionfromdomesticandforeignscholars.However,duetoitssmalloutputcapacity,andlimitedboostcapacity,thetraditionalZinverterisonlyapplicabletolow-voltagelow-poweroc

7、casions.ThisthesisstudiesanovelZ-sourceinverterthatistermedSwitchedInductorZ-Sourcethree-levelInverter.Comparedwiththetraditionalsourceinverter,thetopologyoftheinverteronlyrequiresasmallerpass-throughdutycycle,whichcanimprovetheboostcoefficient,hasagreatervoltagegain,help

8、toimprovetheoutputpowerqualityandsystemperformanceinhighpowerapplications.Inthisthesis,theworkin