z源逆变器小信号模型的参数优化与并网控制研究

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1、Z源逆变器小信号模型的参数优化与并网控制研究重庆大学硕士学位论文(学术学位)学生姓名：张立帅指导教师：侯世英教授专业：电气工程学科门类：工学重庆大学电气工程学院二O一四年五月StudyontheParameterOptimizationofSmallSignalModelandGrid-connectedControlofZ-sourceInverterAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfor

2、theMaster’sDegreeofEngineeringByZhangLishuaiSupervisedbyProf.HouShiyingSpecialty:ElectricalEngineeringSchoolofElectricalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2014中文摘要摘要近年来，随着传统能源供需矛盾的日益突出和全球能源危机的凸显，以及人们对环境保护的重视都向传统的能源结构提出了严峻的挑战，从而使新能源发电备受关注

3、。在众多新能源发电应用中，太阳能和风能是最绿色和环保的可再生能源，因此也是世界各国鼓励和发展的重点。然而，这两种可再生能源都存在间歇性、波动性以及电压等级低等问题，传统桥式逆变器的固有缺陷使其在这些场合的应用中难以发挥优良性能。Z源逆变器的提出较好的弥补了传统逆变器在这些场合应用中存在的缺陷，它所具有的独特的阻抗网络和允许逆变桥臂直通的特点为实现逆变器的单级升降/压逆变提供了一种新的机制。因此，针对Z源逆变器展开研究，不仅具有重要的理论意义而且具有相当的实用价值。本文首先综述了传统桥式逆变器的缺点和在新

4、能源发电应用上的局限性以及对Z源逆变器的研究现状，并简要介绍了其工作机制，详细分析了Z源逆变器直流侧阻抗网络建模与并网控制的研究现状，从应用角度指出了对Z源逆变器建模和控制进行研究的必要性。通过深入分析Z源逆变器工作原理，采用状态空间平均法建立了阻抗网络电容电压小信号模型，得到直通占空比至阻抗网络电容电压的传递函数，结合经典控制理论根轨迹分析法对阻抗网络电感、电容及其寄生参数和直通占空比对系统零极点的影响进行了分析，为无源组件参数选择奠定了基础。在对基于电容电压小信号模型的阻抗网络参数优化进行研究中。通

5、过对比Z源逆变器电路仿真与小信号模型在占空比突变时电容电压阶跃响应输出，验证了该模型的正确性；在此基础上，根据阻抗网络无源组件参数变化对电容电压阶跃响应动态性能的影响，对电感、电容参数选择进行优化，为阻抗网络参数的设计提供了理论指导。对参数优化后的Z源逆变器进行并网控制研究中。首先基于状态空间平均法分别建立了Z源并网逆变器直流侧阻抗网络和三相逆变桥模型，得到两相旋转坐标系下三相Z源并网逆变器数学模型；并根据电流解耦和电容电压恒定的原则设计了基于电容电压闭环和并网电流闭环的Z源并网逆变器双闭环控制系统；最

6、后搭建了基于该控制的三相Z源并网逆变器仿真电路模型，并对稳态输出、输入电压突变、并网电流突变时的Z源并网逆变器工作性能进行了仿真分析。最后，对单相Z源并网逆变器进行了实验研究。在完成阻抗网络无源组件、滤波电感以及功率开关器件分析选型的基础上，设计了控制系统的电压电流检测电路、直通信号发生电路、并网电流控制电路和驱动电路，搭建了单相Z源并网I重庆大学硕士学位论文逆变器实验平台，并通过实验结果分析验证了所设计参数的单相Z源并网逆变器和控制系统具有较好的工作性能。关键词：Z源逆变器，状态平均，小信号模型，参数

7、优化，并网控制II英文摘要ABSTRACTInrecentyears,withtheincreasinglyprominentoftraditionalenergycontradictionbetweensupplyanddemand,andtheglobalenergycrisis,atthesametime,people'sattentiontoenvironmentalprotectionputsforwardseverechallengestothetraditionalenergystruct

8、ure.Therefore,muchattentionhasbeenpaidtonewenergypowergeneration.Inmanytypesofnewenergypowergenerationapplications,solarandwindenergyarethemostgreenandenvironmentalrenewableenergy,sotheyarethefocusofgovernmentstoencouragea