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传统逆变器无法同时实现升降压功能,不能够应用在输入侧端口电压变化范围较大的场合。而通过引入DC-DC变换器来实现升降压的逆变系统均为两级系统,其开关之间的相互制约和控制参数的耦合大大地增加了控制难度,降低了系统的可靠性。为了改善上述问题,基于Z源逆变器的单级升降压技术被提出,但是Z源逆变器本身也存在着电压增益低、输入输出不共地、输入电流断续等缺点。针对上述问题,本文在总结前人研究的基础上,在阻抗源逆变器拓扑结构方面进行了改进,并对输入电流脉动抑制方法、电感电流断续补偿方法、升压控制策略和输出电压闭环控制策略进行了研究,具体内容如下:
本文在研究boost变换器、Z源变换器和准Z源变换器升压机理的基础上,将上述变换器与耦合电感升压技术结合提出了一系列广义的耦合电感阻抗网络拓扑结构。通过总结四种耦合电感单元(Y型、T型、Γ型和反Γ型)的互换规律,衍生出基于上述耦合电感单元的阻抗源逆变器拓扑结构,改善了升压能力,实现了连续的输入电流,降低了器件的电压应力。
针对耦合电感单元在充放电时会产生较大电流脉动这一问题,本文通过对耦合电感阻抗源逆变器输入电流脉动机理的分析,得出通过拓扑结构本身对输入电流脉动进行抑制的方法。在此基础上,提出了一系列带有低输入电流脉动的耦合电感阻抗源逆变器拓扑结构。通过分析直通分段方式对输入电流脉动的影响,提出引入多段直通空间矢量调制策略来进一步降低耦合电感阻抗源逆变器的输入电流脉动。
为了解决阻抗源逆变器电感电流断续状态下的母线电压跌落问题,本文通过分析DC-DC变换器能够灵活地工作在电感电流连续状态和断续状态的运行特点,提出一种准直流直流输出单元。基于准直流直流输出单元提出了电感电流断续的广义性补偿方法,保证了电感电流断续状态下阻抗源逆变器母线电压的稳定输出,使阻抗源逆变器也可以工作在电感电流连续和断续两种状态。同时,所提补偿方法提高了阻抗源逆变器的升压能力,减小了器件的电压应力,改善了输出电压质量。
针对基于准直流直流输出单元的耦合电感阻抗源逆变器的结构特点,给出了相应简单SVPWM升压策略和最大SVPWM升压策略的理论分析过程和具体实现方法。针对传统阻抗源逆变器输出电压闭环控制策略存在的不足,本文提出了增益线性化双反馈输出电压控制策略。该策略通过输入输出双反馈控制来降低由于器件压降引起的控制误差,实现了输入电压大范围波动情况下仍然能够输出稳定的电压,并且通过调整调制度来实现增益与直通周期比的线性关系,改善了控制系统性能。
本文在研究boost变换器、Z源变换器和准Z源变换器升压机理的基础上,将上述变换器与耦合电感升压技术结合提出了一系列广义的耦合电感阻抗网络拓扑结构。通过总结四种耦合电感单元(Y型、T型、Γ型和反Γ型)的互换规律,衍生出基于上述耦合电感单元的阻抗源逆变器拓扑结构,改善了升压能力,实现了连续的输入电流,降低了器件的电压应力。
针对耦合电感单元在充放电时会产生较大电流脉动这一问题,本文通过对耦合电感阻抗源逆变器输入电流脉动机理的分析,得出通过拓扑结构本身对输入电流脉动进行抑制的方法。在此基础上,提出了一系列带有低输入电流脉动的耦合电感阻抗源逆变器拓扑结构。通过分析直通分段方式对输入电流脉动的影响,提出引入多段直通空间矢量调制策略来进一步降低耦合电感阻抗源逆变器的输入电流脉动。
为了解决阻抗源逆变器电感电流断续状态下的母线电压跌落问题,本文通过分析DC-DC变换器能够灵活地工作在电感电流连续状态和断续状态的运行特点,提出一种准直流直流输出单元。基于准直流直流输出单元提出了电感电流断续的广义性补偿方法,保证了电感电流断续状态下阻抗源逆变器母线电压的稳定输出,使阻抗源逆变器也可以工作在电感电流连续和断续两种状态。同时,所提补偿方法提高了阻抗源逆变器的升压能力,减小了器件的电压应力,改善了输出电压质量。
针对基于准直流直流输出单元的耦合电感阻抗源逆变器的结构特点,给出了相应简单SVPWM升压策略和最大SVPWM升压策略的理论分析过程和具体实现方法。针对传统阻抗源逆变器输出电压闭环控制策略存在的不足,本文提出了增益线性化双反馈输出电压控制策略。该策略通过输入输出双反馈控制来降低由于器件压降引起的控制误差,实现了输入电压大范围波动情况下仍然能够输出稳定的电压,并且通过调整调制度来实现增益与直通周期比的线性关系,改善了控制系统性能。