Z源逆变器：新型电力转换技术的研究与应用

"这篇博士学位论文主要探讨了Z源逆变器的研究，由南京航空航天大学的汤雨撰写，指导教师为谢少军。论文指出Z源逆变器在新能源发电领域有广泛应用前景，因为它能实现升降压变换且桥臂可直通，但现有的Z源逆变器拓扑存在电容电压应力大和启动冲击大的问题。" 正文: Z源逆变器是一种创新的电力电子变换技术，由彭方正教授于2002年提出，旨在克服传统电压源和电流源逆变器的局限性。电流源逆变器需要功率开关具有反向电压阻断能力，常见的MOSFET、IGBT和IPM模块并不适用，这限制了其广泛应用。此外，电流源逆变器还存在以下缺点：首先，其交流输出电压高于直流母线电压，需要额外的降压变换器以实现升降压，增加了系统复杂度并降低了效率；其次，上桥臂和下桥臂的持续导通需求可能导致开关信号的误操作，增加电磁干扰（EMI）风险；最后，换流重叠时间导致输出波形畸变和谐波增加。 Z源逆变器则解决了这些问题，它提供了一个单级升降压变换方案，减少了电路复杂性，提高了效率。论文深入研究了Z源逆变器的电路结构和拓扑设计，提出了新型Z源变流器，以减少电容电压应力和启动冲击。这些新型拓扑结构不仅减小了变换器的体积和重量，而且降低了实现成本。 对于单相逆变，论文提出了基本型、简化型和升降压型三种Z源逆变器拓扑。简化型拓扑只需要两个功率开关，输入输出共地，通过单周期控制策略进行实验验证。升降压型拓扑则使用三个开关，实现双向功率流动和单级升降压。 在三相逆变领域，论文提出了一种新型Z源逆变器拓扑和软启动策略，增强了可靠性。该拓扑在不同调制策略下展现出良好的工作特性，分析了断续工作模式的条件和参数设计准则，并制作了原理样机进行实验验证。 论文还建立了一个新型三相Z源逆变器的小信号模型，通过根轨迹法分析了系统动态性能。针对闭环控制的复杂性和稳定性问题，提出了输入电压前馈加输出电压峰值反馈的控制策略，实现了解耦控制，简化了实现过程，提高了系统稳定性。 最后，论文探讨了Z源AC-AC变换器，提出了一类新型单相和三相Z源AC-AC变换器拓扑，解决了导通损耗大和换流问题，优化了变换效率和可靠性，简化了换流过程。 这篇博士学位论文详细研究了Z源逆变器的各个方面，包括电路拓扑设计、工作原理、控制策略以及在不同应用中的优化，为Z源逆变器的进一步发展提供了理论基础和技术支持。