Z源逆变器研究：新型拓扑与控制策略

"电压增益与占空比关系-structure-from-motion revisited, 南京航空航天大学, 汤雨, 博士学位论文, Z源逆变器研究" 这篇博士学位论文主要研究了Z源逆变器这一电力电子变换技术，重点探讨了电压增益与占空比之间的关系。Z源逆变器是一种独特的电压源逆变器，它能够实现升压和降压变换，并且允许逆变器桥臂的直接连接，这在新能源发电和其他电力应用中具有显著优势。 论文首先介绍了单相降压型Z源逆变器的电路拓扑。图3.10展示了一个基本的单相Z源逆变器电路，其中包括输入电感、电容、开关S1和S2以及Z源网络（由电容C1、C2和电感L1、L2组成）。图3.11进一步简化了这个拓扑，Z源网络由输入电源、电容C和电感L1、L2（可以是任意耦合系数的耦合电感）构成，这种简化型拓扑中的Z源网络是不对称的。 在稳态工作原理部分，论文以简化型拓扑为例，分析了开关S1和S2互补工作时的情况。占空比D定义为S1的导通时间与整个开关周期的比例。在一个开关周期内，根据开关状态，电路可以等效为两种不同的工作模式，如图3.12所示。通过对占空比D的调整，可以改变逆变器的输出电压，即电压增益与占空比之间存在特定的关系。 论文还提到了Z源逆变器的不同拓扑类型，包括基本型、简化型和升降压型。基本型和简化型只需要两个功率开关，并且输入和输出端共地，而升降压型则需要三个开关，能够实现升压和降压两种模式，适合双向功率流动和连续输入电流的应用。 对于三相Z源逆变器，论文提出了一种新的拓扑结构和软启动策略，以解决传统拓扑的缺点，减少体积和重量，并提高可靠性。此外，还研究了在不同调制策略下新型拓扑的工作特性，分析了断续工作模式的条件，并提供了参数设计准则。 在控制系统方面，论文指出现有的闭环控制方法复杂且稳定性不足，因此提出了输入电压前馈加输出电压峰值反馈的控制策略，实现了直流侧与交流侧的解耦，简化了实现过程，增强了系统的稳定性和输出电压精度。 最后，论文探讨了Z源AC-AC变换器，提出了一类新的单相和三相Z源AC-AC变换器拓扑，这些拓扑具有低导通损耗、高变换效率、高可靠性和简单的换流实现，解决了现有拓扑存在的问题。 这篇博士学位论文深入研究了Z源逆变器的电路结构、工作原理、控制策略和应用，为优化Z源逆变器的设计和提高其性能提供了理论基础和实践指导。