一种准制造技术

本发明专利技术公开了一种准

【技术实现步骤摘要】
一种准Z源级联多电平逆变器的控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及并网逆变器控制领域，尤其涉及一种准
Z
源级联多电平逆变器的控制系统及方法
。

技术介绍

[0002]Z
源
/
准
Z
源逆变器过在逆变桥和直流源之间加入了电感和电容以及二极管组成的无源网络来代替传统两级式逆变器中间级的
DC/DC
变换器
。
准
Z
源逆变器相比于传统逆变器最大的优势在于其利用了传统逆变器所不允许的上
、
下桥臂直通状态，通过直通态来使直流链电压抬升，进而达到提升直流母线电压的目的；此外由于准
Z
源逆变器允许直通态的存在，亦无需设置死区，可以一定程度上减小输出波形的畸变率；而且由于准
Z
源逆变器的逆变桥前串联了无源网络，所以准
Z
源逆变器既可用作电压型逆变器
(Voltage Source Inverter,VSI)
又可用作电流型逆变器
(Current Source Inverter,CSI)
，无需再并联大电容或串联大电感
。
基于上述优点，准
Z
源逆变器在新能源发电
、
动力电池以及交流调速系统等中小功率场合获得了应用和发展
。
[0003]近年来随着新能源发电系统装机量的上升，准
Z
源级联多电平逆变器
(quasi<br/>‑
Z
‑
Source Cascaded Multilevel Inverter
，
qZS
‑
CMI)
利用
Z
源网络进行升压储能有利于在光伏发电或风力发电等分布式发电系统直流输入不稳定时保持直流链电压稳定，且级联的结构可以大大减小功率开关管的电压应力以及实现模块化的最大功率点跟踪
。
[0004]准
Z
源级联多电平逆变器的优点显著，其缺点也尤为突出
。
其一是由于
qZS
‑
CMI
只有逆变桥一个功率变换级，所以在调制方法上抬升直流链电压和逆变存在一定的耦合关系，即调制比和直通占空比之和须小于等于一
。
若采用简单升压调制，由于其在传统零状态中插入了直通零状态，这样逆变器的开关频率就会变为原来的两倍，进而导致开关损耗的增加
。
为了解决上述问题，各种改进的调制方式应运而生，例如将全部传统零矢量替换为直通零矢量的最大升压调制
、
将直通信号函数化的最大恒压调制以及空间矢量调制，但是上述调制方式也都有各自缺憾并不适用于
qZS
‑
CMI
的调制：最大恒压调制须将全部传统零状态替换为直通零状态，这样便无法满足
qZS
‑
CMI
四象限运行的条件；最大恒压比调制只是提高了升压的范围并没有解决开关频率倍升的问题且实现方法较复杂；空间矢量调制的计算量会随着电平数的增加而成指数倍的增加
。
其二为
qZS
‑
CMI
输出侧的谐波畸变率较高
。qZS
‑
CMI
直流链电压的抬升主要来自准
Z
源网络电感和电容的充放电，所以在一个开关周期内电容是处在一个充放电循环中，这样便造成了逆变桥的输入侧实际上并不是一个相对稳定直流电压，而是一个随着直通占空比变化的直流电压，所以这便导致逆变桥的输出侧存在较大谐波成分
。
目前的方法是采用对单一频率增益无限大的
PR
控制或者模型预测控制等闭环控制实现减小谐波畸变率
。
但是
PR/
准
PR
控制需要整定多个控制参数，调节难度较大；模型预测控制通过建立状态空间方程直接预测开关管的下一步动作，但是其对数学模型的依赖性较高且随着输出电平数的增加，计算量也会大大增加
。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术提供了一种准
Z
源级联多电平逆变器的控制系统及方法，在减小并网电流畸变率的同时提高了系统响应速度和运行稳定性
。
[0006]本专利技术第一方面提供了一种准
Z
源级联多电平逆变器的控制系统，所述准
Z
源级联多电平逆变器由
N
个准
Z
源
H
桥模块级联而成，每个准
Z
源
H
桥模块的
H
由开关管
S1、S2、S3和
S4构成，开关管
S1、S2构成第一桥臂，开关管
S3和
S4构成；每个准
Z
源
H
桥模块分别连接一个光伏电池；
[0007]所述控制系统包括分控部分和总控部分，分控部分包括直流侧升压控制单元
、
直流链电压控制单元和功率平衡控制单元，总控部分包括电流无差拍控制单元和
MPSPWM
单元；
[0008]所述直流侧升压控制单元包括
N
个升压控制模块，第
i
个升压控制模块用以根据第
i
个准
Z
源
H
桥模块的光伏电池的电压
v
pvi
和电流
i
pvi
得到该准
Z
源
H
桥模块的直通占空比
D
0i
；
[0009]所述直流链电压控制单元根据各准
Z
源
H
桥模块的电容电压和直流链电压参考值得到
N
个准
Z
源
H
桥模块的功率参考值；
[0010]所述功率平衡控制单元根据
N
个准
Z
源
H
桥模块得到总的输入功率，根据所述总的输入功率与电网电压幅值
V
g
确定并网电流的参考值；
[0011]所述无差拍控制单元用以根据所述并网电流的参考值
、
电网电压
、
电网电流得到各准
Z
源
H
桥模块的调制比；
[0012]所述
MPSPWM
单元用以根据各准
Z
源
H
桥模块的调制比和各准
Z
源
H
桥模块的直通占空比生成调制信号用以控制各准
Z
源
H
桥模块的开关管
。
[0013]本专利技术第二专利技术提供了一种准
Z
源级联多电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种准
Z
源级联多电平逆变器的控制系统，所述准
Z
源级联多电平逆变器由
N
个准
Z
源
H
桥模块级联而成，每个准
Z
源
H
桥模块的
H
由开关管
S1、S2、S3和
S4构成，开关管
S1、S2构成第一桥臂，开关管
S3和
S4构成；其特征在于，每个准
Z
源
H
桥模块分别连接一个光伏电池；所述控制系统包括分控部分和总控部分，分控部分包括直流侧升压控制单元
、
直流链电压控制单元和功率平衡控制单元，总控部分包括电流无差拍控制单元和
MPSPWM
单元；所述直流侧升压控制单元包括
N
个升压控制模块，第
i
个升压控制模块用以根据第
i
个准
Z
源
H
桥模块的光伏电池的电压
v
pvi
和电流
i
pvi
得到该准
Z
源
H
桥模块的直通占空比
D
0i
；所述直流链电压控制单元根据各准
Z
源
H
桥模块的电容电压和直流链电压参考值得到
N
个准
Z
源
H
桥模块的功率参考值；所述功率平衡控制单元根据
N
个准
Z
源
H
桥模块得到总的输入功率，根据所述总的输入功率与电网电压幅值
V
g
确定并网电流的参考值；所述无差拍控制单元用以根据所述并网电流的参考值
、
电网电压
、
电网电流得到各准
Z
源
H
桥模块的调制比；所述
MPSPWM
单元用以根据各准
Z
源
H
桥模块的调制比和各准
Z
源
H
桥模块的直通占空比生成调制信号用以控制各准
Z
源
H
桥模块的开关管
。2.
一种准
Z
源级联多电平逆变器的控制方法，其特征在于，基于权利要求1所述的一种准
Z
源级联多电平逆变器的控制系统实现，包括如下步骤：直流侧升压控制步骤，每个升压控制模块根据第
i
个准
Z
源
H
桥模块的光伏电池的电压
v
pvi
和电流
i
pvi
得到该准
Z
源
H
桥模块的直通占空比
D
0i
；直流链电压控制步骤，根据各准
Z
源
H
桥模块的直流链电压和直流链电压参考值得到
N
个准
Z
源
H
桥模块的功率参考值；功率平衡控制步骤，根据
N
个准
Z
源
H
桥模块得到总的输入功率，根据所述总的输入功率与电网电压幅值
V
g
确定并网电流的参考值；无差拍控制步骤，根据所述并网电流的参考值
、
电网电压
、
电网电流得到各准
Z
源
H
桥模块的调制比；
MPSPWM
步骤，根据各准
Z
源
H
桥模块的调制比和各准
Z
源
H
桥模块的直通占空比生成调制信号用以控制各准
Z
源
H
桥模块的开关管
。3.
根据权利要求2所述一种准
Z
源...

【专利技术属性】
技术研发人员：金宁治，姜嘉鑫，杨晶，孟凡顺，孙东阳，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：