开关嵌入型级联开关电感准Z源逆变器研究

摘要

随着我国经济和工业的不断发展，电能已然成为各行各业中不可或缺的一部分。然而伴随煤炭、石油资源过度开采引发的资源与环境问题越发严重，新能源与可再生能源发电系统得到重视与发展。逆变器作为一种重要的电能转换器，可以作为新能源和可再生能源与负载或电网之间的接口，为负载或电网提供高质量的电能。Z源和准Z源逆变器结构简单、性能优越，克服了电压型逆变器与电流型逆变器的理论局限性，是十余年来本领域的研究热点。本文将进一步研究Z源和准Z源逆变拓扑，在拓扑结构上予以改进优化，使之更好地应用于光伏、风力发电以及新能源电动汽车等广阔领域。
　　首先，本文介绍了Z源和准Z源逆变器的研究现状，对十几种现有典型拓扑结构的优势和不足进行深入归纳和总结。根据传统准Z源逆变器存在升压能力不足和器件应力过大的缺陷，设计了三种开关嵌入型级联开关电感准Z源逆变器拓扑结构，分别研究了其工作状态和工作原理，从升压性能和电容器电压应力两个方面分别与传统准Z源逆变器进行比较。其次，以二级开关嵌入型级联开关电感I型准Z源逆变器电路拓扑为例选取合适的控制方案。再次，运用Matlab对开关嵌入型级联开关电感I型准Z源逆变器的一、二、三级形式全面仿真；同时，从工作原理、升压性能和应力大小三个方面对前述三种电路拓扑的二级形式展开横向对比分析，利用Matlab对其进行仿真验证，得出了最优的二级开关嵌入型级联开关电感准Z源逆变器电路拓扑。
　　最后，本文以最优二级开关嵌入型级联开关电感准Z源逆变器为例，根据其工作原理进行参数设计，并搭建了实验样机，验证了该电路拓扑拥有高升压能力和低电容器电压应力的优越性能。

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摘 要

Abstract

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Contents

1 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 三种开关嵌入型级联开关电感准Z源逆变器

2.1 I型准Z源逆变器

2.1.1 I型准Z源逆变器的工作原理

2.1.2 I型准Z源逆变器升压性能分析

2.1.3 I型准Z源逆变器电容器电压应力分析

2.2 II型准Z源逆变器

2.2.1 II型准Z源逆变器的工作原理

2.2.2 II型准Z源逆变器升压性能分析

2.2.3 II型准Z源逆变器电容器电压应力分析

2.3 III型准Z源逆变器

2.3.1 III型准Z源逆变器的工作原理

2.3.2 III型准Z源逆变器升压性能分析

2.3.3 III型准Z源逆变器电容器电压应力分析

2.4 本章小结

3 开关嵌入型级联开关电感准Z源逆变器的控制策略

3.1 直通零矢量的不同实现策略

3.2 直通零矢量的不同注入策略

3.2.1 简单升压控制

3.2.2 三线式直通分段控制

3.2.3 两种控制方式比较

3.3 本章小结

4 最优二级开关嵌入型级联开关电感准Z源逆变器

4.1 I型准Z源逆变器的仿真分析

4.2 二级I、II和III型准Z源逆变器的工作原理

4.3 二级I、II和III型准Z源逆变器升压性能分析

4.3.1 升压因子对比

4.3.2 电压增益对比

4.4 二级I、II和III型准Z源逆变器电容应力分析

4.5 二级I、II和III型准Z源逆变器仿真分析

4.6 最优二级开关嵌入型级联开关电感准Z源逆变器拓扑选取

4.7 本章小结

5 二级I型准Z源逆变器参数设计和实验

5.1 二级I型拓扑网络参数设计

5.1.1 电容器的参数设计

5.1.2 电感的参数设计

5.1.3 二极管的参数设计

5.2 实验验证

5.2.1 实验电路设计

5.2.2 实验结果和分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附 录

致 谢

作者从事科学研究和学习经历简介

攻读硕士期间主要成果