基于数字控制技术单相Z源逆变器研究

逆变器广泛应用于光伏发电系统和电力传动系统等领域,与传统逆变器相比,Z源逆变器在拓扑和性能方面更具有优势。为保证输出波形质量,本文将Z源逆变器与数字控制技术结合,实现双环反馈控制的单相电压型Z源逆变系统,软件硬件相结合,重点研究系统硬件电路关键技术以及电压电流双环反馈控制策略。

本文主要工作内容如下:1、设计总体研究方案,从单相Z源逆变电路拓扑出发,通过定量分析直通状态与非直通状态工作原理,对涉及到的关键技术进行研究,主要包括SPWM调制技术、驱动技术和电流电压采样技术等。对三种基于直通零矢量的SPWM调制技术进行对比研究,最终确定选用恒开关频率的直通零矢量调制方法。

2、完成对单相Z源逆变系统电路硬件参数的计算和选取,主要包括逆变桥路开关管选型和损耗分析、Z源网络电容和电感的设计、输入二极管选取、滤波电路分析与设计等。3、建立数学模型并求取传递函数,结合PID控制理论,构建电压外环电流内环的反馈控制模式,并绘制系统Bode图、根轨迹图和响应曲线,验证控制算法合理性。

对Z源网络电容和输出电感电流进行采样后,在DSP控制器上实现控制算法,产生四路SPWM信号,经过驱动放大后,控制桥路开关管通断。4、仿真和实验测试。

首先利用Simulink平台对并网系统进行仿真计算,分析并网电流频率和相位,计算并网谐波畸变率及功率因数,验证理论效果。之后对离网状态下开环和闭环系统进行仿真测试,将结果对比分析,验证闭环系统在波形质量和系统稳定性方面的优势。

最后在实验室搭建实际电路并测试,通过对实验输出波形分析,验证系统符合设计要求。