论文总字数：23653字

摘 要

在功率变换领域，目前正在被广泛使用着的传统逆变器，包括传统电压源型逆变器和传统电流源型逆变器，都由于其自身结构上存在的一些问题，不能很好的满足一些特定情况下的特殊需要，这就对逆变技术的改进提出了要求。通过比较不难发现，与传统逆变器相比，新型Z源逆变器有着更好的输出性能和更出色的可靠性，因此有必要对Z源逆变器进行更深入的研究。本文从Z源逆变器的结构作为切入点，通过对其结构的详细分析，深入理解其工作原理，更好的剖析了Z源逆变器的优势与所存在的不足。随后，分析了Z源逆变器的工作过程中，如何注入由于Z源阻抗网络的存在所允许出现的直通零矢量，并通过对原理上比较容易的在Z源逆变器中SPWM控制方法的使用策略的分析，同时结合SVPWM技术的原理分析，提出了简单SVPWM控制、直通状态分段SVPWM控制和最大增益SVPWM控制这三种在新型Z源逆变器中使用的SVPWM控制策略，并且选择直通状态分段SVPWM控制为例，合理设计了Z源逆变器各项参数并在Matlab/Simulink软件中搭建了仿真模型，并对仿真结果进行了一些分析。

关键词：Z源逆变器；SVPWM；Simulink仿真

Abstract

The traditional inverter,including traditional soltage source Inverter and traditional current source inverter,that used widely in power conversion,can not satisfy some particular requirements in particular situation because of some problems it has,what asks for an improvement measure of the inverter.Compared with the traditional inverter,the Z-Source Inverter has a better output characteristics and is more reliable.It means that a research in detail about the Z-Source Inverter should be carried out.Choosing the structure of the Z-Source Inverter as the entry point,this paper analyse the working principle of the Z-Source Inverter and then discuss advantages and disadvantages of the Z-Source Inverter.After that,this paper analyse the methods,in which shoot-through zero vectors working.Then,throgh the analyze of the SPWM control of ZSI und the theory of the space vector PWM,this paper presents three methods for SVPWM control of ZSI. After designing a suitable Z-source impedance network,this paper choose one mothod for SVPWM control of ZSI to create the simulation model in matlab/simulink and analyse the result of this simulation.

Key words：Z-Source Inverter;SVPWM;Simulink

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2电力传动技术中用到的逆变器的发展现状 1

1.2.1传统电压源型逆变器（VSI） 2

1.2.2传统电流源型逆变器（CSI） 2

1.2.3传统逆变器存在问题分析 3

1.3新型Z源逆变器（ZSI） 4

1.4 本论文的主要内容与安排 5

1.5 本章小结 6

第二章 Z源逆工作原理 7

2.1 Z源逆变器的结构 7

2.2 Z源逆变器的工作原理 7

2.3 Z源逆变器存在的不足 11

2.4 本章小结 12

第三章 Z源逆变器的控制策略分析 13

3.1 实现直通零矢量的方法 13

3.1.1按照如何实现直通零矢量分类 13

3.1.2按照如何注入直通零矢量分类 14

3.2 电压型Z源逆变器的控制系统设计 15

3.2.1电压型Z源逆变器SPWM控制 15

3.2.2电压型Z源逆变器的SVPWM控制 18

3.3 本章小结 24

第四章 电压型Z源逆变器的主电路设计及仿真实现 25

4.1 Z源阻抗网络参数设计 25

4.1.1 Z源阻抗网络电容器选择 25

4.1.2 Z源阻抗网络电感选择 26

4.2 Z源逆变器SPVWM仿真 29

4.1.1 Z源逆变器仿真电路设计 29

4.1.1 仿真结果 31

4.3 本章小结 34

第五章 总结与展望 35

5.1 总结 35

5.2 展望 35

5.3 本章小结 35

致谢 36

参考文献 37

第一章 绪论

1.1引言

目前，人们早已熟悉传统电压源型逆变器（VSI）和电流源型逆变器（CSI）的拓扑结构和控制技术，并且广泛运用在了诸多场合，但是VSI只具有Buck变换特性，而CSI只具有Boost特性。如果需要同时实现Buck和Boost变换特性，则要通过在输入侧或输出侧级联升/降压变压器，使系统成为复杂的两级结构。这两种逆变器由于自身存在着一些固有的缺陷，为了在技术上克服VSI和CSI在的输出电压范围局限性和抗电磁干扰能力较弱等问题，在美国密西根州立大学，Peng Fang Z.教授于2002年首次提出了这样的一种逆变器拓扑：设计一个由电容元件和电感元件搭建的X型网络，即Z源阻抗网络，以此作为逆变桥的前置单元，通过它来与直流侧输入连通，由此组成了Z源逆变器（ZSI）。不需要级联额外的升压装置，ZSI自身就可以令交流侧输出的电压等级超过直流侧输入的电压等级，并且上下桥臂开关器件在直通状态下并不会烧坏。由此可见，Z源阻抗网络被引入后，VSI要获得Buck-Boost变换特性就有了一种新的方案，并且具备了额外的优势，在它提出后，有关理论与实践应用发展迅速，许多学者着手进行这方面的工作，其在诸如光伏发电、混合动力汽车等方面的应用，也已经取得了突破性的进展，而在VSI和CSI的现有使用场合，ZSI的引入也在进行着。当然ZSI也并不完美：由于使用大电感储能，它的变换器体积大，启动时会带来较大的冲击电流，Z源阻抗网络电容电压过高等缺点，这也是为了使得ZSI能够更好的投入到工业生产实际中去，所必须尽快解决的问题。

作为一种新型的脉宽调制技术，电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)具有物理概念清晰、电压利用率高、输出谐波成分少、控制简单等优点^[1]，因而被广泛应用在逆变器控制中。本文就如何在ZSI中运用SVPWM技术这一点展开讨论，并在Matlab/Simulink软件中设计了合适的ZSI仿真模型，选择其中一种控制策略对设计进行仿真。

1.2电力传动技术中用到的逆变器的发展现状

今天广泛使用的功率逆变技术，有VSI和CSI这两种典型的拓扑结构。

1.2.1传统电压源型逆变器（VSI）

图1-1是VSI的典型结构，它需要有一个恒定的电压源作为输入，即其直流侧电压源的理想戴维南等效阻抗为零，其输出可以是三相或多相，其输出波形多样，方波、正弦波、阶梯波等等都有存在。

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