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Z源型逆变器母线电压的二次谐波及其抑制策略研究_程如岐

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两级式逆变器母线电压二次纹波分析及抑制

两级式逆变器母线电压二次纹波分析及抑制


Y U A N Yisheng1, Z H A N G Yuyuan2, Z H O N G Qingfeng1, H U Genlian1
(1. School of Electrical and Automation Engineering, East China Jiaotong University, Nanchang 330013, China; 2. State Grid Nanchang Power Supply Company, Nanchang 330012, China)
内 环 控 制 改 进 的 方 法 ，以 解 决 抑 制 中 间 母 线 电 压 低 频 纹 波 的 问 题 。 由 于 输 入 功 率 是 直 流 量 ，输 出 的 瞬 时 功 率 中
2 除 了 有 直 流 分 量 外 ，还 含 有 倍 于 工 频 的 脉 动 分 量 ，导 致 输 入 输 出 功 率 不 平 衡 ，从 而 使 中 间 母 线 电 压 含 有 二 次
袁 义 生 \ 张 育 源 2, 钟 青 峰 \ 胡 根 连 1 (1.华 东 交 通 大 学 电 气 与 自 动 化 工 程 学 院 ，南 昌 330013;2.国 网 南 昌 供 电 公 司 ，南 昌 330012)
Boost 摘 要 ：针 对 前 级 采 用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电 路 、后 级 采 用 单 相 全 桥 逆 变 电 路 的 两 级 式 逆 变 器 ，研 究 基 于 传 统 电 压 外 环 电 流
Abstract ：For a two-stage inverter with a Boost converter at the front-end and a full-bridge inverter at the back­ end, an improved control method based on the traditional controller with a voltage outer loop and a current inner loop is proposed to suppress the low-frequency ripples on the middle-bus. Considering that the power input is a DC power, while the instantaneous output power contains not only DC components but also pulse components whose frequencies are 2 times as high as the power frequency, the input and output powers are imbalanced, which makes the voltage on the middle bus contain secondary low-frequency voltage ripples. These ripples will heat the bus capacitor, thereby endangering the operation life of the bus capacitor and leading to the clipping and distortion of the inverter,s output voltage; moreover, they will also affect the dynamic performance of the system. To solve the above problem, a method is proposed to realize the low-frequency ripple suppression of the bus voltage by applying the feedforward of the output power to the front-stage DC converter. Simulation and experimental results verified the validity and effectiveness of the proposed control method, by which the suppression effect of low-frequency ripples of bus voltage was obvious.
Z源型逆变器母线电压的二次谐波及其抑制策略研究

Z源型逆变器母线电压的二次谐波及其抑制策略研究

程如 岐 ， 赵庚 申， 赵耀， 郭天勇
（ 南开大学 天津市光 电子薄膜器件与技术重点实验室 ， 天津 ３ ０ ０ ０ ７ １ ）
摘 要： 针 对 ｚ源逆 变器母 线 电压有 效值 二 倍 频 于输 出正 弦波 的 脉动 分 量 现 象进 行 了讨论 ， 详 细 分析 了该 现 象的成 因 、 危 害及影 响 因素 ， 并提 出了抑 制 方 法 ， 同时利 用仿 真模 型 对 ｚ源逆 变 器母 线 电压 有效值 二倍 频脉 动分 量 的各 影 响 因素 进 行 对 比 测试 ， 得 到 的 仿 真 结果 验 证 了分 析 的 准 确性 。 在 分析 的基础 上 ， 提 出电流 内环 中加入 重复控 制策 略 的方 式 来抑 制母 线 电压 二 次谐 波对 于输 出 电 压 的影 响 ， 仿 真和 实验 结果都 验证 了控 制策略 的有 效性 。
ＣＨＥＮＧ Ｒｕ — ｑ ｉ ， ＺＨＡＯ Ｇｅ ｎ ｇ — ｓ ｈ ｅ ｎ， ＺＨＡ０ Ｙａ ｏ， ＧＵＯ Ｔｉ ａ ｎ— ｙ ｏ ｎ ｇ
（ Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ — ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｔ ｈ ｉ ｎ Ｆ ｉ ｌ ｍ Ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｎ ａ ｎ ｋ ａ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ３ ０ ０ ０ ７ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｍｏ ｒ ｅ，ａ ｓ ｕ ｐ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｐ ｈ ｅ ｎ ｏ ｍｅ ｎ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ａ ｓ ｔ ｉ ｖ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ —
双级式光伏并网逆变器母线电压二次纹波抑制

双级式光伏并网逆变器母线电压二次纹波抑制

第４ ７卷 第 ９期
２ ３年 ９月 ０１
电 力 电 子 技 术
Ｐｏ ｒＥｌｃｔｏ ｉ ｓ ｗｅ ｅ ｒ ｎ ｃ
Ｖｏ ． １ ４７，Ｎｏ９ ．
Ｓ ｐｅ ｅ ０ ３ ｅ ｔ ｍｂ ｒ２ １
双级式光伏并网逆变器母线电压二次纹波抑制
彭 良平 ，石 峰 ，杜 毅 ，汤 济 泽
（ 方 日立 （ 都 ） 东 成 电控 设 备 有 限 公 司 ，四 川 成 都 Ｉ ６ １３ ） １７ １
Ａ ｕｐ ｅ ｓｏ ｅ ｈｏ Ｓ ｐｒ ｓ ｉ ｎ Ｍ ｔ ｄ Ａｂｏ ｔ ｔ ｕ ｈｅ Ｂｕｓ Ｖｏ ｔ ｅ ｏ ｈ ｅ ｏ ｄａ ｙ Ｒｉ ｐｌ ｆ ｌａｇ ｆ ｔ ｅ Ｓ ｃ ｎ ｒ ｐ ｅ ｏ
ｔ ｅ Ｄｏ ｂ ｅ． ｇ ｈ ｔ ｖ ｌ ｉ ｉ －ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｅ ｔ ｒ ｈ ｕ ｌ －ｔ ｅ Ｐ ｏ ｏ ｏｔ ｃ Ｇｒｄ－ ｎ ｅ ｔｄ Ｉ ｖ ｒｅ ｓ ａ ａ ｃ
Ｐ ＥＮＧ ｉｎ － ｉｇ，Ｓ ｅ ｇ，ＤＵ Ｙｉ ＡＮＧ ｉｚ Ｌ ａ ｇｐ ｎ ＨＩＦ ｎ ，Ｔ Ｊ—ｅ
（ ｏ＃ａｇＨｉｃ ｉＣ ｅｇ ｕ ｌ ｔｃｌＣ ｎ ｏ ｑ ｉｍ ｎ ｓ ，Ｌｄ ，Ｃ ｅｇ ｕ６ １３ ，Ｃ ｉ ） Ｄ ｎ ｎ ｔ ｈ（ ｈ ｎｄ ）Ｅｅ ｒ ａ ｏ ｔ ｌ ｕ ｅ ｔ － ｔ． ｈｎｄ １７ １ ｈｎ ａ ｃｉ ｒ Ｅ ｐ Ｃ． ａ
２ 非 隔 离 双 级 式 光 伏 并 网逆 变 器 工 作 原 理
图 １为 非 隔 离 双 级 式 光 伏 并 网逆 变 器 拓 扑 ．
主 要 包 括 前 级 Ｂ ｏｔ电路 和 后 级 Ｈ 桥 电路 。Ｂ ｏｔ ｏｓ ｏｓ 电路 主 要 为 了扩 展 最 大 功 率 点 跟 踪 （ Ｐ 电 压 ＭＰ Ｔ）
单相准Z源逆变器二倍频纹波的抑制及应力分析

单相准Z源逆变器二倍频纹波的抑制及应力分析

单相准Z源逆变器二倍频纹波的抑制及应力分析李佳逸;雷勇;李媛;张芮;方番【摘要】Single phase Quasi Z Source Inverter (QZSI) can implement DC-DC and DC-AC conversion in single stage system, but it has double-line frequency ripple in DC side, which limits its application. This paper discusses the suppression of double-line frequency ripple of single-phase QZSI with active power decoupling. With the output reactive power of inverter, it proposes the analysis and derivation method of the phase legs' voltage and current stress when the power factor angle changes in the [-π/2,π/2] range. Based on the minimum voltage stress principle, the value of the new loop AC decoupling capacitor and its voltage reference value setting method are given, and the closed-loop control strategy is designed. Simulation and prototype experiments are shown to prove the correctness and effectiveness of the proposed method.%单相准Z源逆变器(Quasi-Z-Source Inverter, QZSI)可在单级系统中实现DC-DC与DC-AC变换,但其直流侧含有二倍频纹波,在应用中受到限制.讨论基于有源功率解耦的单相 QZSI 二倍频纹波抑制方法,针对逆变器有输出无功的情况,提出逆变器功率因数角在[-π/2, π/2]内变化时桥臂的电压、电流应力分析和推导方法.基于电压应力最小原则,给出新增回路交流解耦电容取值及其电压参考值的整定方法,并设计闭环控制策略.最后,通过仿真及实验结果验证相关理论的正确性和有效性.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2018(046)009【总页数】9页(P25-33)【关键词】单相;准Z源逆变器;二倍频纹波;有源功率解耦;应力【作者】李佳逸;雷勇;李媛;张芮;方番【作者单位】四川大学电气信息学院,四川成都 610065;四川大学电气信息学院,四川成都 610065;四川大学电气信息学院,四川成都 610065;四川大学电气信息学院,四川成都 610065;四川大学电气信息学院,四川成都 610065【正文语种】中文与传统电压源/电流源型逆变器只能降/升压不同，准Z源逆变器(Quasi-Z-Source Inverter, QZSI)可通过独特的阻抗网络和直通调制手段，实现单级系统DC-DC和DC-AC变换[1-2]。

一种两级式逆变电源的电感电流反馈路径二次谐波电流抑制方法[发明专利]

一种两级式逆变电源的电感电流反馈路径二次谐波电流抑制方法[发明专利]

专利名称：一种两级式逆变电源的电感电流反馈路径二次谐波电流抑制方法
专利类型：发明专利
发明人：许家群,董昊
申请号：CN202010204795.3
申请日：20200322
公开号：CN111293869A
公开日：
20200616
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种两级式逆变电源的电感电流反馈路径二次谐波电流抑制方法，属于开关电源领域。

两级式逆变电源中前级Buck变换器在直流母线电压反馈和电感电流反馈形成的双闭环基础上，添加带有陷波滤波器的逆变器输入电流前馈路径到电流调节模块中，陷波滤波器的特征频率为2f，添加带有等效常数、虚拟电阻与带通滤波器的反馈路径到电压调节模块中，带通滤波器的中心频率为2f，按照二次谐波电流抑制比要求得到反馈路径中所需虚拟电阻值。

所述电感电流反馈路径方法无需添加硬件结构，无需提升系统体积与成本，能够使得系统在拥有快速动态响应的前提下，使得二次谐波电流抑制能力提升50％以上。

申请人：北京工业大学
地址：100124 北京市朝阳区平乐园100号
国籍：CN
代理机构：北京思海天达知识产权代理有限公司
代理人：刘萍
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一种母线电压谐波的抑制方法、装置、存储介质及电机[发明专利]

一种母线电压谐波的抑制方法、装置、存储介质及电机[发明专利]

专利名称：一种母线电压谐波的抑制方法、装置、存储介质及电机
专利类型：发明专利
发明人：张东盛,董天福,程海珍,徐常升
申请号：CN201910960118.1
申请日：20191010
公开号：CN110739834A
公开日：
20200131
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种母线电压谐波的抑制方法、装置、存储介质及电机，该方法包括：获取交流电源电压的绝对值与电机的母线电压的电压差值；确定所述电压差值是否等于设定电压值；若所述电压差值不等于所述设定电压值，则对电机的当前功率因数进行修正，以得到修正功率因数；按所述修正功率因数控制电机的母线电流，以实现对电机的母线电压谐波的抑制。

本发明的方案，可以解决母线无电解电容的永磁同步电机驱动系统的母线电压谐波大的问题，达到抑制母线电压谐波的效果。

申请人：珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司
地址：519000 广东省珠海市前山金鸡路789号科技楼
国籍：CN
代理机构：北京煦润律师事务所
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抑制两级式逆变器中间母线电压二次纹波的方法

抑制两级式逆变器中间母线电压二次纹波的方法

抑制两级式逆变器中间母线电压二次纹波的方法袁义生;张育源;周盼;黄志敏【摘要】针对两级式单相逆变器中间母线电压存在二次纹波的问题，提出了一种可以抑制其幅值的控制方法。

对两级式单相逆变系统中能量流动、纹波功率以及中间母线电容纹波电压的产生机理进行了分析。

提出一种在前级直-直电路控制器的电压环的给定处加入与母线电容电压同频、同相的扰动量，通过调节扰动量的大小来抑制母线电容纹波电压的控制方法。

该方法可增加电压外环的带宽，提高系统的响应速度，显著改善负载跳变时的动态特性。

此控制策略在基于DSP的先进数字控制平台上进行了实验，实验结果表明该控制策略的有效性和合理性。

%A control method was proposed aiming at suppressing the second ripple voltage amplitude in interme-diate bus capacitor of two stage single-phase inverter. This paper analyzed the power flow, ripple power and the mechanism of ripple voltage in the intermediate bus capacitors in two stage single-phase power system. A dis-turbance which was the same frequency and phase as bus voltage was added in the voltage loop of the front dc converter. The bus capacitor voltage ripple suppression can be achieved by adjusting the size of the disturbance. This method can increase the voltage loop bandwidth, which can improve the response speed of the system and the dynamic performance when the load jump happened. An experimental platform based on DSP was built up with the proposed control strategy, and the experimental results proved its effectiveness and rationality.【期刊名称】《华东交通大学学报》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】7页(P93-99)【关键词】逆变器;二次纹波电压;直流变换器;控制方法【作者】袁义生;张育源;周盼;黄志敏【作者单位】华东交通大学电气与电子工程学院，江西南昌 330013;华东交通大学电气与电子工程学院，江西南昌 330013;华东交通大学电气与电子工程学院，江西南昌 330013;国网江西上犹县供电有限责任公司，江西上犹 341200【正文语种】中文【中图分类】TM46两级式单相逆变器[1-3]广泛应用于低压直流源供电的交通和电力系统中。

单相光伏逆变器直流母线电压二次波动对系统影响的分析与抑制

单相光伏逆变器直流母线电压二次波动对系统影响的分析与抑制

单相光伏逆变器直流母线电压二次波动对系统影响的分析与抑制陈瑞成;苗加振;胡骢;耿乙文【摘要】基于传统双闭环控制策略的单相光伏并网逆变器会造成直流母线电压的二次波动,导致并网电流中含有三次谐波,影响输出电能质量.针对上述问题,在分析直流母线电压二次波动产生机理的基础上,文中提出一种在直流母线电压采样前加入周期积分器的双闭环控制策略.该控制策略能够消除因直流侧二次波动导致的并网电流三次谐波,有效抑制直流母线电压二次波动对系统输出电能质量造成的影响.仿真和实验验证了该方法的正确性与有效性.%In single-phase photovoltaic grid-connected inverter based on the conventional double closed-loop control strategy,the secondary voltage disturbances of DC bus will be generated,resulting in the triple harmonic of grid current,and affecting the quality of output energy.In view of these problems,based on analyzing the causes principle of the secondary voltage disturbances of DC bus,a double closed-loop control strategy increasing cycle integrator before DC bus voltage sampling is proposed in this paper.The strategy can remove the triple harmonic of grid current cased by the secondary voltage disturbances of DC bus,and then effectively suppress the effect on the quality of output energy.Simulation and experimental results are given to verify the rationality and effectiveness of the strategy.【期刊名称】《电测与仪表》【年(卷),期】2017(054)010【总页数】8页(P7-13,20)【关键词】直流母线电压二次波动;单相光伏逆变器;双闭环控制策略;周期积分器;谐波分析【作者】陈瑞成;苗加振;胡骢;耿乙文【作者单位】中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州 221000;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州 221000;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州 221000;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州 221000【正文语种】中文【中图分类】TM4640 引言在光伏并网发电系统中，单相两级式光伏发电系统结构控制简单、无需电力变压器、体积小、重量轻、易于使用安装，在5kW以下的小功率场合应用广泛［1-3］。

变压器励磁涌流的自适应二次谐波分相制动技术

变压器励磁涌流的自适应二次谐波分相制动技术

变压器励磁涌流的自适应二次谐波分相制动技术1. 引言1.1 背景介绍随着电力系统的发展和智能化程度的提高，变压器在电力系统中的作用日益重要。

变压器作为电力系统中的核心设备，承担着电能传输与分配的重要功能。

在变压器运行过程中，励磁涌流问题一直是工程技术人员关注的焦点。

励磁涌流会导致变压器内部温升过高，甚至影响变压器的安全稳定运行。

目前，为了解决变压器励磁涌流问题，广泛采用的方法是引入二次谐波分相制动技术。

该技术利用故障源的二次谐波特征，在电力系统中实现对励磁涌流的控制。

通过不同相位的控制信号，实现对变压器励磁涌流进行精确控制，从而保障电力系统的安全运行。

本文将通过对变压器励磁涌流及其问题的深入研究，探讨二次谐波分相制动技术的原理和应用。

结合系统建模与仿真，设计合适的控制策略，并通过实验结果分析，评估该技术在电力系统中的实际应用效果。

最终探讨该技术的应用前景，同时指出存在的问题并展望未来发展方向。

1.2 研究目的研究的目的是为了解决变压器励磁涌流引起的问题，并探索一种新的自适应二次谐波分相制动技术。

通过研究变压器励磁涌流及其问题，我们可以更深入地了解其对电力系统稳定性和运行安全的影响，并为二次谐波分相制动技术的应用奠定基础。

我们的目标是通过建立系统模型和进行仿真分析，设计出一种有效的控制策略，最终实验验证其有效性。

我们希望这项研究可以为电力系统的稳定性改善提供新的思路和方法，同时为未来电力系统的发展和改进提供技术支持。

通过研究的目的和方法，我们可以进一步推动电力系统的智能化和可靠性提升，为能源领域的发展做出贡献。

2. 正文2.1 变压器励磁涌流及其问题变压器励磁涌流是指在变压器进入工作状态时，励磁电流在短暂时间内迅速增加至稳态值的现象。

励磁电流的涌流会导致变压器绕组和铁芯发热，增加损耗，甚至影响系统的稳定性。

励磁涌流会给电力系统带来一系列问题。

励磁涌流会导致变压器绕组温升过高，可能损坏变压器绝缘，缩短变压器的使用寿命。

Z源逆变器的状态反馈控制策略_程如岐

Z源逆变器的状态反馈控制策略_程如岐


在系统建模过程中认为 Z 源网络完全对称, 即 L 1 = L 2 = L, R L1 = R L2 = R L, C 1 = C 2 = C。 引入三个状态变量 , Z 源网络电感电流 iL, Z 源 网络电容电压 vC 和输出端电感电流 io 。这样 , 系统 就存在三种等效状态, 如表 1 所示。
收稿日期 : 2009- 04- 20
有效地克服了传统逆变器的不足。 Z 源逆变器由于 Z网络的存在 , 使得 Z 源逆变器桥臂上下功率器件 可直通而不会烧毁。因而 Z 源逆变器不存 在死区 时间 , 从而提高了逆变器的抗电磁干扰能力 , 使系统 稳定性得到提升且输出正弦电压波形畸变较小。另
作者简介 : 程如岐 ( 1979) ) , 男 , 博士研究生 , 研究方向为电力电子与光电子技术 ; 赵庚申 ( 1950) ) , 男 , 教授 , 博士生导师 , 研究方向为电力电子与光电子技术 ; 郭天勇 ( 1981) ) , 男 , 博士研究生 , 研究方向为电力电子与光电子技术 。
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。
( 13 )
io 其中 VCSS、 IL ss、 I oss、 D ss、 M s s均为系统稳态值 , 可以通 过稳态方程式 ( 6 ) 求得。这样 , 我 们就可以通过公 式 ( 11) 、 式 ( 12 )得到了系统的 A、 B 状态矩阵, 利用 M a tlab 中的 rank( ctrb( A, B ) ) 命令可以得出矩阵为 满秩矩阵 , 从而根据系统可控性的判决标准得出本 系统是完全可控的。 下面就可以运用式 ( 11 ) ~ 式 ( 13 ) 在各个可能 的平衡点处设计线性的控制器。为了能够保证输出 变量的稳定控制, 在输出电压和电容电压引入了积 分控制。这样可以引入两个新的状态变量 R Û ^C , 1 = vC - r1 = v R Û ^ o = R o io 。 2 = vo - r2 = v
抑制Z-源逆变器母线电压跌落的空间矢量脉宽调制方法

抑制Z-源逆变器母线电压跌落的空间矢量脉宽调制方法

抑制Z-源逆变器母线电压跌落的空间矢量脉宽调制方法贺昱曜;张柳明扬;陈金平【摘要】在深入分析Z-源三相逆变电路工作过程中存在的二极管断流以及由此导致的直流母线电压跌落问题的基础上,导出了直流母线电压跌落的表达式,并提出一种新的空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法.该方法根据Z-源网络中所独有的直通工作状态,在不改变硬件电路的前提下,通过合理地插入直通零矢量来避免电路的非正常工作状态,保持直流母线电压的稳定,提高逆变器的输出电压质量.在满载和轻载两种工况下,对比分析了本文SVPWM方法和传统SVPMW方法对Z-源网络的直流母线电压的影响.最后,通过仿真和实验验证了本文SVPWM方法的正确性和有效性.%Current discontinuity flowing through the diode in Z-source network will lead to DC link voltage drop.The expression of the DC bus voltage drop is derived,and then a new space vector PWM (SVPWM) control method is proposed.Based on the shoot-through state in the Z-source network,the new method avoids the abnormal working state of the circuit by inserting the shoot-through states into the control period.The method can maintain the stability of the DC bus voltage without changing the hardware circuit,and can also improve the quality of output waveforms.Under full load and light load conditions,the effects of the new SVPWM method and the traditional SVPWM method on DC bus voltages in the Z-source network inverter are analyzed.Simulations and experiments have verified the effectiveness and correctness of the new method.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2017(032)002【总页数】10页(P228-237)【关键词】Z-源逆变器;空间矢量脉宽调制;电压跌落;电流断续【作者】贺昱曜;张柳明扬;陈金平【作者单位】西北工业大学航海学院西安 710072;西北工业大学航海学院西安710072;长安大学电子与控制工程学院西安 710064【正文语种】中文【中图分类】TM46Z-源网络的提出[1]，得到了国内外很多学者的广泛关注[2,3]。

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Abstract ： A detailed discussion about second harmonic in bus voltage of Z source inverter is made and an analysis of the causes，the harms，and the influence factors of the phenomenon is also given． Furthermore ，a suppression method was proposed according to the phenomenon and the contrastive simulation results proved the accuracy of the analysis． Finally， based on the above analysis， a control strategy with repetitive control strategy in inter current loop to suppress the influence of the second harmonic in the bus voltage was proposed and both the simulation results and the experimental results prove the validity of the control strategy． Key words： Z source inverter； second harmonic； repetitive control； bus voltage； inner current loop
CHENG Ruqi， ZHAO Gengshen， ZHAO Yao， GUO Tianyong
（ Tianjin Key Laboratory of Photoelectronic Thin Film Devices and Technology，Nankai University，Tianjin 300071 ，China）
1
1. 1
母线电压的二次谐波的成因与影响因素
母线电压的二次谐波现象的形成原因 在针对于 Z 源逆变器的母线电压实际测试中，
发现 Z 源网络的母线电压上叠加有二倍频于调制 正弦波的低频脉动。该二次谐波的的产生主要是由 于 Z 源逆变器与传统逆变器不同的拓扑结构造成 开关管状态对母线电压存在影响 。为了详细说明母 线电压二倍频波动的形成原因， 下面对 Z 源逆变器 在非直通状态时的传统零矢量和有效矢量两种情况 下的母线电压变化进行分析。 设电容值为 C ， 负载 Z 源网络电感值为 L。 为 Z， 在传统零矢量状态下， 负载断开， 相当于 Z 源网 络输出开路， 等效电路如图 1（ a） 所示， 母线电压为 1 + ω2 LC Ui 0 = U dc 。 1 － ω2 LC 式中 ω 为角频率。 而在有效矢量状态下， 负载接入 Z 源网络中， 等效电路如图 1 （ b ） 所示。 为了简化运算可以将负 载看作两个 2 Z 负载的并联， 并对该电路进行 Δ － Y ， 2 ， 变化 等效电路如图 所示 其中， L C Z1 = ， 1 jωL + + 2Z jωC （ 2） （ 1）
摘 要: 针对 Z 源逆变器母线电压有效值二倍频于输出正弦波的脉动分量现象进行了讨论 ， 详细 、 ， ， Z 分析了该现象的成因 危害及影响因素 并提出了抑制方法 同时利用仿真模型对 源逆变器母线 电压有效值二倍频脉动分量的各影响因素进行对比测试 ， 得到的仿真结果验证了分析的准确性。 在分析的基础上， 提出电流内环中加入重复控制策略的方式来抑制母线电压二次谐波对于输出电 压的影响， 仿真和实验结果都验证了控制策略的有效性。 关键词: Z 源型逆变器; 二次谐波; 重复控制; 母线电压; 电流内环
Fig． 2
Udc
图2
有效矢量变换结果
Transform result of active state
经计算得出此时母线电压的表达式为 1 + ω2 LC Ui 1 = U 。 2jωL dc 1 － 5 ） 可知， 两种情况下母线电压存 在着明显差异， 实际的有效值应该是两种情况下母 线电压的平均值。非直通状态下的母线电压有效值 表达式应为 Ui = T1 U i1 + T0 U i0 。 T1 + T0 （ 6）
第 17 卷
第6 期
2013 年 6 月
电 机 与 控 制 学 报 ELECTRI C MACHINES AND CONTROL
Vol. 17 No. 6 June 2013
Z 源型逆变器母线电压的二次谐波 及其抑制策略研究
程如岐， 赵庚申， 赵耀， 郭天勇
（ 南开大学 天津市光电子薄膜器件与技术重点实验室，天津 300071 ）
0
引
言
静态性能的逆变器已成为光伏发电 究开发优良动、 领域的研究重点。传统逆变器主要有电压源型和电 流源型两类拓扑结构， 但它们均必须在输入端接入 DC / DC 转换器来实现升降压功能， 因此抗电磁干扰 ［1 － 2 ］ 能力较弱。Z 源逆变器 也称为阻抗源型逆变器 （ Z source inverter，ZSI） ， 通过引入直通状态不仅实
Udc
（ 3）
（ 4）
L
C
L
Ui0
（ a） 传统零矢量等效电路 L C
Z C Udc
L
Ui1
（ b） 有效矢量等效电路
图1 Fig． 1
传统零矢量和有效矢量等效电路 Equivalent circuit of traditional zero state and active state
Z3 Z2 Z1 Z1 Z2 Z3 Ui
24
电
机
与
控
制
学
报
第 17 卷
化。母线电压的波动之所以是输出正弦波的二倍 频， 可以由逆变桥驱动的方式得出。图 3 （ a ） 、 图 3 （ b） 分别为调制正弦波正、 负半周两种情况下 Z 源逆变 器有效矢量状态下开关管电流方向的示意图。从图 3 中可以看出 ， 正弦波正 、 负半周是通过选通逆变桥 不同桥臂上的开关管来实现的。 设开关周期为 T s ， 0， 且开关管前的电压为稳定值， 那么， 在 ωt ∈［ π］ 时有 T s 2 U ac sinωt = T1槡 2 Ui ， T1 = MT s sinωt， T0 = T s － T1 ， 2 π］ 在 ωt∈［ π， 时有
100 95 90 85 80 0.04
} }
（ 7）
T s 2 U ac sinωt = T1 （ － 槡 2 Ui ） ， T1 = MT s sin（ ωt － π） ， T0 = T s － T1 。
（ 8）
2 π］时 设 由式（ 7 ） 和 式 （ 8 ） 可 知， 在 ωt ∈［π， （ ωt） ' = （ ωt － π） ∈［ 0， ］ ， （ 8 ） π 则式 可以简化为 T1 = MT s sin（ ωt） ' ， （ 9） T0 = T s － T1 。
式中： T1 为有效矢量的作用时间； T0 为传统零矢量 U i0 和 U i1 的作用时间。 在电路参数不变的情况下， T0 会随着空间矢量脉宽调 不变， 每个开关周期 T1 、 SVPWM ） 控 制（ space vector pulse width modulation， 制变化， 因此母线电压的有效值会随着发生周期变
Z 源网络的电容值、 要因素包括 Z 源网络的电感值、 负载的阻抗等。 为了说明这些因素对于 Z 源型逆 变器母线电压二次谐波大小的影响， 在不同的 Z 源 网络电容值、 电感值、 负载阻值等情况下进行了对比 仿真实验， 仿真结果如图 4 所示。图 4 （ a ） 为在电感 值为 1. 2 mH， 电容值为 1 880 μF， 负载电阻为 10 Ω 情况下的输出母线电压仿真图， 此时母线电压二次 谐波波动为 8. 4 V； 图 4 （ b） 为在电感值为 0. 12 mH， 其他值与图 4 （ a ） 中的参数相同的情况下输出母线 电压仿真图， 此时母线电压二次谐波波动为 4. 4 V； 图 4 （ c） 为在负载电阻为 5 Ω， 其他值与图 4 （ a） 中的 参数相同的情况下输出母线电压仿真图， 此时母线 电压二次谐波波动为 10. 6 V； 图 4 （ d） 为 Z 源网络电 容值为 3 760 μF， 其他值与图 4 （ a ） 中的参数相同的 情况下输出母线电压仿真图， 此时母线电压二次谐 波波动为 2 V。
第6 期
程如岐等： Z 源型逆变器母线电压的二次谐波及其抑制策略研究 2Z jωC Z2 = ， 1 jωL + + 2Z jωC Z3 = jωL2 Z 。 1 jωL + + 2Z jωC
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现了升降压功能， 而且克服了死区时间， 使得同一桥 臂上两个开关管可以同时导通而不会损坏开关管 ， 是一种具有实际应用意义的逆变器， 然而， 在Z源 逆变器的研究过程中， 通过测试逆变器输出波形发 现母线电压有效值存在二倍频于输出正弦波的脉动 ［3 ］ 分量 ， 即频率为 100 Hz 的规则脉动分量。 母线电 会导致母线电压的采样值不准确 ， 压有效值的脉动， 降低了控制策略的精确度。按照传统方法对开关管 生成的调制波进行滤波， 所得正弦波会包含二次谐 波分量， 严重影响了输出正弦波的质量， 导致逆变器 的性能下降。 本文针对 Z 源逆变器母线电压存在 的二次谐波现象进行了讨论， 详细分析了该现象的 成因、 危害及影响因素， 并提出了抑制方法， 同时利 用仿真模型对 Z 源逆变器母线电压有效值二倍频 脉动分量的各影响因素进行了对比测试， 得到的仿 真结果验证了分析的准确性。 在分析的基础上， 提 出流内环中加入重复控制策略的方式来抑制母线电 并在此基础上， 采 压二次谐波对于输出电压的影响 ， 用电压电流双环控制来达到稳定母线电压 、 抑制母 线电压二次谐波影响的目的。