本文關(guān)鍵詞：Z源三電平逆變器及其控制策略研究

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【摘要】：為開發(fā)、利用太陽能和風(fēng)能等間歇性可再生能源,微電網(wǎng)技術(shù)備受關(guān)注。逆變器作為微電網(wǎng)的接口部件,是分布式電源、電網(wǎng)和負(fù)載之間能量交換的橋梁。三電平逆變器因其輸出波形質(zhì)量高、開關(guān)損耗低、電壓應(yīng)力小等諸多優(yōu)勢,在微電網(wǎng)中應(yīng)用越來越廣泛。然而,作為傳統(tǒng)電壓源型逆變器,其僅能實現(xiàn)降壓輸出。為實現(xiàn)逆變器并網(wǎng)運(yùn)行,必須在原拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加入一級直流升壓環(huán)節(jié),構(gòu)成兩級式逆變器拓?fù)�。但這也增加了控制難度,降低了系統(tǒng)效率。為解決上述問題,將具有升壓特性的Z源網(wǎng)絡(luò)與三電平逆變器結(jié)合,得到Z源三電平逆變器拓?fù)�。本課題以Z源三電平逆變器為研究對象,確定本課題的研究內(nèi)容和目標(biāo)如下：首先闡述了Z源三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理。通過基爾霍夫定律,對直通狀態(tài)和非直通狀態(tài)下等效電路進(jìn)行分析,根據(jù)Z源電感的伏秒平衡原理,得到Z源三電平逆變器的數(shù)學(xué)模型,確定了逆變器輸出電壓與直通占空比的關(guān)系,明確了控制目標(biāo)。其次通過對SVPWM調(diào)制方法基本原理和Z源NPC三電平逆變器中點(diǎn)電位不平衡機(jī)理分析,得到了直通狀態(tài)不影響中點(diǎn)電位的條件是上、下直通作用時間相等;為實現(xiàn)中點(diǎn)電位平衡可改變?nèi)哂嘈∈噶孔饔脮r間等結(jié)論。為解決中點(diǎn)電位平衡控制和Z源網(wǎng)絡(luò)升壓控制的耦合問題,本課題通過對統(tǒng)一電壓調(diào)制方法和簡化的SVPWM調(diào)制方法的研究,提出了一種對小矢量作用時間進(jìn)行動態(tài)分段控制的Z源三電平逆變器控制策略,通過計算給出了直通占空比、調(diào)制比、平衡因子三者的關(guān)系,并給出了平衡因子的最優(yōu)解。然而SVPWM調(diào)制方法中矢量引起的中點(diǎn)電位低頻波動問題,增大了直流電容體積,影響輸出波形質(zhì)量。本課題通過對VSVPWM調(diào)制算法分析以及對三電平逆變器各相在P狀態(tài)和N狀態(tài)下工作時間的計算,提出了一種基于VSVPWM調(diào)制方法的Z源NPC三電平逆變器控制策略,該策略在不改變虛擬中矢量作用時間的前提下,通過對冗余小矢量的分段控制,實現(xiàn)了中點(diǎn)電位平衡控制,消除了低頻波動問題。之后,通過對混合箝位三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制策略的研究,提出一種Z源混合箝位三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),從硬件角度實現(xiàn)了中點(diǎn)電位平衡與Z源升壓控制的解耦。通過對箝位電容電壓因電荷累積容易發(fā)生偏移的問題進(jìn)行分析,得到箝位電容充放電回路與相電流方向的關(guān)系,并提出一種基于同相載波PWM調(diào)制方法的Z源混合箝位逆變器控制策略,該策略以相電流的電流方向為判斷依據(jù),合理選擇開關(guān)狀態(tài),不僅保證了直流電容電壓的自平衡,而且實現(xiàn)了箝位電容電壓穩(wěn)定,提高了Z源網(wǎng)絡(luò)升壓范圍。最后,對Z源三電平逆變器的硬件、軟件設(shè)計進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹,搭建了基于DSP的Z源三電平逆變器的實驗平臺,并在該平臺上驗證了本文所提研究策略的可靠性和有效性。
【關(guān)鍵詞】：Z源三電平逆變器 直通狀態(tài) 調(diào)制方法 中點(diǎn)電位不平衡 控制策略
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM464
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 課題的研究背景與意義12-14
• 1.2 課題的研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 三電平逆變器的研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.2 Z源網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀18-20
• 1.2.3 Z源三電平逆變器研究現(xiàn)狀20
• 1.3 課題的研究內(nèi)容與主要工作20-24
• 第二章 Z源NPC三電平逆變器的工作原理24-28
• 2.1 Z源NPC三電平逆變器工作狀態(tài)及分析24-25
• 2.2 Z源NPC三電平逆變器數(shù)學(xué)模型25-27
• 2.3 本章小結(jié)27-28
• 第三章 基于簡化SVPWM的Z源三電平逆變器控制策略28-44
• 3.1 Z源NPC三電平逆變器中點(diǎn)電位不平衡機(jī)理分析28-33
• 3.1.1 NPC三電平逆變器SVPWM調(diào)制方法28-30
• 3.1.2 三電平逆變器中點(diǎn)電位不平衡機(jī)理分析30-31
• 3.1.3 直通狀態(tài)對中點(diǎn)電位的影響31-33
• 3.2 基于簡化SVPWM的Z源NPC三電平逆變器控制策略33-39
• 3.2.1 空間矢量坐標(biāo)變換33-34
• 3.2.2 統(tǒng)一電壓調(diào)制方法34-36
• 3.2.3 中點(diǎn)電位平衡控制方法36-38
• 3.2.4 Z源網(wǎng)絡(luò)升壓控制方法38-39
• 3.3 簡化SVPWM控制策略仿真分析39-42
• 3.4 本章小結(jié)42-44
• 第四章 基于VSVPWM的Z源三電平逆變器控制策略44-54
• 4.1 NPC三電平逆變器低頻波動機(jī)理分析44-45
• 4.2 VSVPWM調(diào)制方法簡介45-47
• 4.3 基于VSVPWM調(diào)制方法的Z源NPC三電平逆變器控制策略47-50
• 4.4 VSVPWM調(diào)制方法仿真分析50-52
• 4.5 本章小結(jié)52-54
• 第五章 Z源混合箝位逆變器的工作原理及控制策略54-62
• 5.1 混合箝位三電平逆變器拓?fù)浼肮ぷ髟?/span>54-56
• 5.2 Z源混合箝位逆變器數(shù)學(xué)模型56-57
• 5.3 基于同相載波PWM調(diào)制方法的Z源混合箝位逆變器控制策略57-59
• 5.4 Z源混合箝位逆變器仿真分析59-61
• 5.5 本章小結(jié)61-62
• 第六章 Z源三電平逆變器的軟硬件設(shè)計62-76
• 6.1 Z源三電平逆變器硬件設(shè)計62-67
• 6.1.1 Z源網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)計62-65
• 6.1.2 主電路開關(guān)器件參數(shù)設(shè)計65
• 6.1.3 濾波電路參數(shù)設(shè)計65-67
• 6.1.4 控制電路設(shè)計67
• 6.2 Z源三電平逆變器軟件設(shè)計67-72
• 6.2.1 Z源三電平逆變器主程序設(shè)計67-68
• 6.2.2 基于簡化SVPWM的Z源NPC三電平逆變器軟件設(shè)計68-70
• 6.2.3 基于VSVPWM的Z源NPC三電平逆變器軟件設(shè)計70-71
• 6.2.4 Z源混合箝位逆變器軟件設(shè)計71-72
• 6.3 Z源三電平逆變器實驗驗證72-74
• 6.3.1 Z源NPC三電平逆變器實驗驗證72-74
• 6.3.2 Z源混合箝位逆變器實驗驗證74
• 6.4 本章小結(jié)74-76
• 總結(jié)與展望76-78
• 參考文獻(xiàn)78-84
• 致謝84-86
• 讀研期間發(fā)表的論文和參加的科研項目86-88
• 附件88

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本文編號：537356