一種z源逆變器直流鏈恒壓控制方法及控制電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種Z源逆變器直流鏈恒壓控制方法，該方法將Z源逆變器阻抗網絡反饋線性化，并用滑膜變結構控制來確定反饋控制率，并且對直流鏈輸出電壓的峰值進行跟蹤，從而使直流鏈輸出電壓的峰值恒定。與現有技術相比，本發(fā)明具有能夠顯著減少Z源逆變器由于外部輸入電壓的不穩(wěn)定所導致的電容電壓的超調和震蕩、改善電能質量等優(yōu)點。
【專利說明】一種Z源逆變器直流鏈恒壓控制方法及控制電路

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電能變換技術，尤其是涉及一種Z源逆變器直流鏈恒壓控制方法 及控制電路。

【背景技術】
[0002] 由于能源的短缺、環(huán)境污染嚴重，清潔能源如風力發(fā)電、光伏發(fā)電以其節(jié)約能源、 對環(huán)境無污染等優(yōu)勢越來越受到人們的青睞和關注。
[0003] 由于部分清潔能源如光伏發(fā)電、風力發(fā)電等會由于自然環(huán)境條件的變化使輸出電 壓波動范圍很大，為了解決這一問題，需要在逆變器電路中加入一級DC-DC變換電路。這種 結構會造成電路成本增加，轉換效率下降等等問題。針對以上問題，彭方正教授提出了一種 Z源逆變器。
[0004] Z源逆變器將DC-DC變換電路與DC-AC變換電路耦合在一起，克服了傳統(tǒng)逆變器的 限制，提高了能源轉換效率和電路可靠性、降低電路成本、允許逆變器的同一橋臂上的上、 下開關同時關斷。上述優(yōu)良特性使得Z源逆變器在清潔能源領域有著廣泛的發(fā)展前景，但 是Z源逆變器存在不穩(wěn)定零點導致的電容電壓的震蕩和超調的缺點，這造成了直流鏈的輸 出電壓峰值不恒定。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種能夠顯著減少Z 源逆變器由于外部輸入電壓的不穩(wěn)定所導致的電容電壓超調和震蕩的Z源逆變器直流鏈 恒壓控制方法。
[0006] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現：
[0007] -種Z源逆變器直流鏈恒壓控制方法，該方法將Z源逆變器阻抗網絡反饋線性化， 并用滑膜變結構控制來確定反饋控制率，并且對直流鏈輸出電壓的峰值進行跟蹤，從而使 直流鏈輸出電壓的峰值恒定，具體包括以下步驟：
[0008] 101)用微分幾何學對Z源阻抗網絡進行反饋線性化，坐標變換之后得到新的線性 狀態(tài)空間模型和新的狀態(tài)變量 Zl，z2，所述Zl為Z源阻抗網絡電容電壓的采樣值與Z源阻抗 網絡電容電壓的參考值的差，所述z 2為Z源阻抗網絡電感電流的采樣值與Z源直流鏈輸出 電流的采樣值的差；
[0009] 102)根據所述步驟101)中得到的先線性狀態(tài)空間模型，求得控制率U為：
[0010] ? = fv - Ζ^Λ(χ)】/[ΙκΖ;.Α(χ)]
[0011] 其中和LgLfh(x)通過李導數求得，ν為反饋控制率，控制率u為直通占空 比瞬時值d* ;
[0012] 103)采樣Z源阻抗網絡的電容電壓的瞬時值，再轉換為直流鏈輸出電壓的峰值， 再用直流鏈輸出電壓峰值的參考值與所述直流鏈輸出電壓的峰值相減，得到直流鏈輸出電 壓峰值的偏差值，再通過PI控制器調節(jié)后得到直通占空比偏差值Λ d ;
[0013] 104)將所述步驟102)中的直通占空比瞬時值d*，加上所述步驟103)中得到的直 通占空比偏差值Λ d，得到直通占空比d;
[0014] 105)將所述直通占空比d輸入至SVPWM中，從而控制SVPWM中的直通零矢量的導 通時間。
[0015] 所述步驟102)反饋線性化的過程中加入了滑膜變結構控制，所述反饋控制率V由 滑膜變結構控制確定。
[0016] 一種Z源逆變器直流鏈恒壓控制電路，該控制電路包括Z源逆變器和SVPWM，所述 控制電路還包括電容電壓轉換器、反饋線性化滑膜變結構控制子電路、PI控制器，所述Z源 逆變器分別與電容電壓轉換器和反饋線性化滑膜變結構控制子電路的輸入端連接，所述電 容電壓轉換器的輸出端與PI控制器的輸入端連接，所述反饋線性化滑膜變結構控制子電 路和PI控制器的輸出端均與SVPWM的輸入端連接；
[0017] 所述電容電壓轉換器接收Z源逆變器的電容電壓的采樣值，轉換為直流鏈輸出電 壓的峰值，并得到直流鏈輸出電壓峰值的參考值與直流鏈輸出電壓的峰值的差值，所述PI 控制器根據所述差值得到直通占空比偏差值Λ d，所述反饋線性化滑膜變結構控制子電路 接收Z源逆變器的電容電壓的采樣值、Z源阻抗網絡電感電流的采樣值和Z源直流鏈輸出 電流的采樣值，處理后得到直通占空比瞬時值d*，所述直通占空比瞬時值d*和通占空比偏 差值Λ d相加后得到直通占空比，從而控制SVPWM中的直通零矢量的導通時間。
[0018] 所述Z源逆變器包括Z源阻抗網絡、二極管D、直流電源％、三相逆變橋和濾波電 路，所述Z源阻抗網絡包括電感Li，電容Ci，電容C 2和電感L2，所述二極管D的正極與直流 電源％的正極輸出端連接，所述二極管D分別與電感U的一端和電容Q的一端連接，所述 電感U的另一端分別與電容C 2的一端和三相逆變橋的正極輸入端連接，所述電容Q的另 一端分別與三相逆變橋的負極輸入端和電感1^2的一端連接，所述電容C 2的另一端分別與直 流電源％的負極輸出端和電感L2的另一端連接，所述三相逆變橋的輸出端與濾波電路的輸 入端連接。
[0019] 所述電容電壓轉換器和反饋線性化滑膜變結構控制子電路的輸入端分別與Ci兩 端連接，所述反饋線性化滑膜變結構控制子電路的輸入端還與三相逆變橋的正極輸入端連 接。
[0020] 與現有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0021] 1)能夠顯著減少Z源逆變器由于外部輸入電壓的不穩(wěn)定所導致的電容電壓的超 調和震蕩。
[0022] 2)在外部條件發(fā)生變化時，可以迅速的跟蹤直流鏈輸出電壓，從而保證直流鏈輸 出電壓的峰值恒定，同時減少了由于外部擾動所造成的超調和震蕩。
[0023] 3)改善了 Z源逆變器的電能質量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1為Z源逆變器的拓撲結構；
[0025] 圖2為Z源逆變器基于反饋線性化模糊變結構控制系統(tǒng)框圖；
[0026] 圖3為Z源逆變器直流鏈恒壓控制框圖；
[0027] 圖4(a)為傳統(tǒng)PI控制的Z源阻抗網絡的電容電壓波形圖；
[0028] 圖4(b)為加入本發(fā)明控制方法的Z源阻抗網絡的電容電壓波形圖；
[0029] 圖5 (a)為傳統(tǒng)PI控制的Z源阻抗網絡的直流鏈輸出電壓波形圖；
[0030] 圖5(b)為加入本發(fā)明控制方法的Z源阻抗網絡的直流鏈輸出電壓波形圖；
[0031] 其中：1、Z源逆變器；2、電容電壓轉換器；3、反饋線性化滑膜變結構控制子電路； 4、PI控制器；5、SVPWM ;11、Z源阻抗網絡；12、三相逆變橋；13、濾波電路。

【具體實施方式】
[0032] 下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術方案 為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于 下述的實施例。
[0033] -種Z源逆變器直流鏈恒壓控制方法，該方法將Z源逆變器阻抗網絡反饋線性化， 并用滑膜變結構控制來確定反饋控制率，并且對直流鏈輸出電壓的峰值進行跟蹤，從而使 直流鏈輸出電壓的峰值恒定，具體包括以下步驟：
[0034] 101)用微分幾何學對Z源阻抗網絡進行反饋線性化，坐標變換之后得到新的線性 狀態(tài)空間模型和新的狀態(tài)變量 Zl，z2, Zl為Z源阻抗網絡電容電壓的采樣值與Z源阻抗網絡 電容電壓的參考值的差，z2為Z源阻抗網絡電感電流的采樣值與Z源直流鏈輸出電流的采 樣值的差；
[0035] 102)根據步驟101)中得到的先線性狀態(tài)空間模型，求得控制率u為：

【權利要求】
1. 一種Z源逆變器直流鏈恒壓控制方法，其特征在于，該方法將Z源逆變器阻抗網絡反 饋線性化，并用滑膜變結構控制來確定反饋控制率，并且對直流鏈輸出電壓的峰值進行跟 蹤，從而使直流鏈輸出電壓的峰值恒定，具體包括以下步驟： 101) 用微分幾何學對Z源阻抗網絡進行反饋線性化，坐標變換之后得到新的線性狀態(tài) 空間模型和新的狀態(tài)變量Zl，z 2，所述Zl為Z源阻抗網絡電容電壓的采樣值與Z源阻抗網絡 電容電壓的參考值的差，所述Z 2為Z源阻抗網絡電感電流的采樣值與Z源直流鏈輸出電流 的采樣值的差； 102) 根據所述步驟101)中得到的先線性狀態(tài)空間模型，求得控制率U為： u=[v-L2fh(x)y[LgLfh(x)} 其中：和LgLfh(x)通過李導數求得，v為反饋控制率，控制率u為直通占空比瞬 時值d* ; 103) 采樣Z源阻抗網絡的電容電壓的瞬時值，再轉換為直流鏈輸出電壓的峰值，再用 直流鏈輸出電壓峰值的參考值與所述直流鏈輸出電壓的峰值相減，得到直流鏈輸出電壓峰 值的偏差值，再通過PI控制器調節(jié)后得到直通占空比偏差值Ad ; 104) 將所述步驟102)中的直通占空比瞬時值d*，加上所述步驟103)中得到的直通占 空比偏差值Λ d，得到直通占空比d; 105) 將所述直通占空比d輸入至SVPWM中，從而控制SVPWM中的直通零矢量的導通時 間。
2. 根據權利要求1所述的一種Z源逆變器直流鏈恒壓控制方法，其特征在于，所述步驟 102)反饋線性化的過程中加入了滑膜變結構控制，所述反饋控制率v由滑膜變結構控制確 定。
3. -種實現如權利要求1所述的Z源逆變器直流鏈恒壓控制方法的控制電路，該控制 電路包括Z源逆變器（1)和SVPWM(5)，其特征在于，所述控制電路還包括電容電壓轉換器 (2)、反饋線性化滑膜變結構控制子電路（3)、PI控制器（4)，所述Z源逆變器（1)分別與電 容電壓轉換器（2)和反饋線性化滑膜變結構控制子電路（3)的輸入端連接，所述電容電壓 轉換器（2)的輸出端與PI控制器（4)的輸入端連接，所述反饋線性化滑膜變結構控制子電 路⑶和PI控制器⑷的輸出端均與SVPWM(5)的輸入端連接； 所述電容電壓轉換器（2)接收Z源逆變器（1)的電容電壓的采樣值，轉換為直流鏈輸 出電壓的峰值，并得到直流鏈輸出電壓峰值的參考值與直流鏈輸出電壓的峰值的差值，所 述PI控制器（4)根據所述差值得到直通占空比偏差值Λ d，所述反饋線性化滑膜變結構控 制子電路（3)接收Z源逆變器（1)的電容電壓的采樣值、Z源阻抗網絡電感電流的采樣值 和Z源直流鏈輸出電流的采樣值，處理后得到直通占空比瞬時值d*，所述直通占空比瞬時 值d*和通占空比偏差值Λ d相加后得到直通占空比，從而控制SVPWM中的直通零矢量的導 通時間。
4. 根據權利要求3所述的一種Z源逆變器直流鏈恒壓控制電路，其特征在于，所述Z 源逆變器（1)包括Z源阻抗網絡（11)、二極管D、直流電源％、三相逆變橋（12)和濾波電路 (13)，所述Z源阻抗網絡（11)包括電感U，電容Q，電容C 2和電感L2，所述二極管D的正極 與直流電源％的正極輸出端連接，所述二極管D分別與電感U的一端和電容Q的一端連 接，所述電感U的另一端分別與電容C2的一端和三相逆變橋（12)的正極輸入端連接，所述 電容Q的另一端分別與三相逆變橋（12)的負極輸入端和電感L2的一端連接，所述電容C2 的另一端分別與直流電源％的負極輸出端和電感L2的另一端連接，所述三相逆變橋（12) 的輸出端與濾波電路（13)的輸入端連接。
5.根據權利要求3所述的一種Z源逆變器直流鏈恒壓控制電路，其特征在于，所述電容 電壓轉換器（2)和反饋線性化滑膜變結構控制子電路（3)的輸入端分別與(^兩端連接，所 述反饋線性化滑膜變結構控制子電路（3)的輸入端還與三相逆變橋（12)的正極輸入端連 接。
【文檔編號】H02M7/48GK104092393SQ201410339298
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權日:2014年7月16日
【發(fā)明者】薛陽, 李華郁, 楊俊濤, 江天博 申請人:上海電力學院