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《哈尔滨工业大学》 2019年
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基于新型开关电感单元的高增益双向串联型Z源逆变器的研究

庞志聪  
【摘要】:随着可再生能源广泛应用和电动汽车数量的增加,可再生能源发电和电动汽车已经成为节能减排的重要举措。为了满足宽电压范围要求,电压源逆变器与双向升压型DC-DC变换器串联的两级式能量变换器结构广泛应用于微电网和电动汽车中。然而,相比于单级式能量变换器结构,两级式能量变换器结构更为复杂。在2002年,彭方正教授提出Z源逆变器(ZSI),通过直通状态实现单级升压逆变。然而,传统ZSI具有以下缺点:不具备能量双向流动能力、存在非正常运行模态、存在大启动冲击电流、升压能力受低调制因数M和器件的高电压应力限制。为解决上述问题,本文提出基于新型开关电感(SL)单元的高增益双向串联型Z源逆变器(Active-SLs QZSI),新型SL单元用两个电容和一个有源开关管代替传统SL单元的三个二极管,因此Active-SLs QZSI具备能量双向流动能力。与现存有竞争力的ZSIs相比,Active-SLs QZSI具有更低的Z源网络(ZSN)电压电流应力、更高的效率和升压因子。为了研究Active-SLs QZSI的运行原理,通过建立其稳态模型,并且分析其所有可能逆变运行模态和整流运行模态。针对Active-SLs QZSI的特点,本文研究一种基于5段式SVPWM的改进型空间矢量调制策略(Five-Segment MSVM)。相比于现存的SVPWM调制策略,当采用Five-Segment MSVM调制策略时,Acitve-SL QZSI的逆变桥开关管电流应力减小3倍,且ZSN开关管的开关频率与逆变桥的开关频率f_s相等。为了在直流输入电压变化时,维持直流链峰值电压恒定,同时减少右半平面零点(RHZ)的影响,本文研究直流输入电压前馈双环直流链峰值电压控制策略。首先,建立了Active-SL QZSI的动态模型,进而给出直流输入电压前馈双环直流链峰值电压控制环路详细的设计过程。通过搭建Active-SLs QZSI的仿真和实验平台,验证Active-SLs QZSI在不同模式下(逆变运行模式、轻载运行模式和整流运行模式)的运行性能。仿真和实验结果均表明,Active-SLs QZSI具备能量双向流动能力和高升压能力,且消除非正常运行状态(在轻载运行模式下)。同时,证明了SVPWM调制策略和直流链峰值电压控制策略的正确性。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TM464

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