一种z源逆变器直流链恒压控制方法及控制电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种Z源逆变器直流链恒压控制方法，该方法将Z源逆变器阻抗网络反馈线性化，并用滑膜变结构控制来确定反馈控制率，并且对直流链输出电压的峰值进行跟踪，从而使直流链输出电压的峰值恒定。与现有技术相比，本发明具有能够显著减少Z源逆变器由于外部输入电压的不稳定所导致的电容电压的超调和震荡、改善电能质量等优点。
【专利说明】一种Z源逆变器直流链恒压控制方法及控制电路
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电能变换技术，尤其是涉及一种Z源逆变器直流链恒压控制方法 及控制电路。
【背景技术】
[0002] 由于能源的短缺、环境污染严重，清洁能源如风力发电、光伏发电以其节约能源、 对环境无污染等优势越来越受到人们的青睐和关注。
[0003] 由于部分清洁能源如光伏发电、风力发电等会由于自然环境条件的变化使输出电 压波动范围很大，为了解决这一问题，需要在逆变器电路中加入一级DC-DC变换电路。这种 结构会造成电路成本增加，转换效率下降等等问题。针对以上问题，彭方正教授提出了一种 Z源逆变器。
[0004] Z源逆变器将DC-DC变换电路与DC-AC变换电路耦合在一起，克服了传统逆变器的 限制，提高了能源转换效率和电路可靠性、降低电路成本、允许逆变器的同一桥臂上的上、 下开关同时关断。上述优良特性使得Z源逆变器在清洁能源领域有着广泛的发展前景，但 是Z源逆变器存在不稳定零点导致的电容电压的震荡和超调的缺点，这造成了直流链的输 出电压峰值不恒定。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够显著减少Z 源逆变器由于外部输入电压的不稳定所导致的电容电压超调和震荡的Z源逆变器直流链 恒压控制方法。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007] -种Z源逆变器直流链恒压控制方法，该方法将Z源逆变器阻抗网络反馈线性化， 并用滑膜变结构控制来确定反馈控制率，并且对直流链输出电压的峰值进行跟踪，从而使 直流链输出电压的峰值恒定，具体包括以下步骤：
[0008] 101)用微分几何学对Z源阻抗网络进行反馈线性化，坐标变换之后得到新的线性 状态空间模型和新的状态变量 Zl，z2，所述Zl为Z源阻抗网络电容电压的采样值与Z源阻抗 网络电容电压的参考值的差，所述z 2为Z源阻抗网络电感电流的采样值与Z源直流链输出 电流的采样值的差；
[0009] 102)根据所述步骤101)中得到的先线性状态空间模型，求得控制率U为：
[0010] ? = fv - Ζ^Λ(χ)】/[ΙκΖ;.Α(χ)]
[0011] 其中和LgLfh(x)通过李导数求得，ν为反馈控制率，控制率u为直通占空 比瞬时值d* ;
[0012] 103)采样Z源阻抗网络的电容电压的瞬时值，再转换为直流链输出电压的峰值， 再用直流链输出电压峰值的参考值与所述直流链输出电压的峰值相减，得到直流链输出电 压峰值的偏差值，再通过PI控制器调节后得到直通占空比偏差值Λ d ;
[0013] 104)将所述步骤102)中的直通占空比瞬时值d*，加上所述步骤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)将所述直通占空比d输入至SVPWM中，从而控制SVPWM中的直通零矢量的导 通时间。
[0015] 所述步骤102)反馈线性化的过程中加入了滑膜变结构控制，所述反馈控制率V由 滑膜变结构控制确定。
[0016] 一种Z源逆变器直流链恒压控制电路，该控制电路包括Z源逆变器和SVPWM，所述 控制电路还包括电容电压转换器、反馈线性化滑膜变结构控制子电路、PI控制器，所述Z源 逆变器分别与电容电压转换器和反馈线性化滑膜变结构控制子电路的输入端连接，所述电 容电压转换器的输出端与PI控制器的输入端连接，所述反馈线性化滑膜变结构控制子电 路和PI控制器的输出端均与SVPWM的输入端连接；
[0017] 所述电容电压转换器接收Z源逆变器的电容电压的采样值，转换为直流链输出电 压的峰值，并得到直流链输出电压峰值的参考值与直流链输出电压的峰值的差值，所述PI 控制器根据所述差值得到直通占空比偏差值Λ d，所述反馈线性化滑膜变结构控制子电路 接收Z源逆变器的电容电压的采样值、Z源阻抗网络电感电流的采样值和Z源直流链输出 电流的采样值，处理后得到直通占空比瞬时值d*，所述直通占空比瞬时值d*和通占空比偏 差值Λ d相加后得到直通占空比，从而控制SVPWM中的直通零矢量的导通时间。
[0018] 所述Z源逆变器包括Z源阻抗网络、二极管D、直流电源％、三相逆变桥和滤波电 路，所述Z源阻抗网络包括电感Li，电容Ci，电容C 2和电感L2，所述二极管D的正极与直流 电源％的正极输出端连接，所述二极管D分别与电感U的一端和电容Q的一端连接，所述 电感U的另一端分别与电容C 2的一端和三相逆变桥的正极输入端连接，所述电容Q的另 一端分别与三相逆变桥的负极输入端和电感1^2的一端连接，所述电容C 2的另一端分别与直 流电源％的负极输出端和电感L2的另一端连接，所述三相逆变桥的输出端与滤波电路的输 入端连接。
[0019] 所述电容电压转换器和反馈线性化滑膜变结构控制子电路的输入端分别与Ci两 端连接，所述反馈线性化滑膜变结构控制子电路的输入端还与三相逆变桥的正极输入端连 接。
[0020] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0021] 1)能够显著减少Z源逆变器由于外部输入电压的不稳定所导致的电容电压的超 调和震荡。
[0022] 2)在外部条件发生变化时，可以迅速的跟踪直流链输出电压，从而保证直流链输 出电压的峰值恒定，同时减少了由于外部扰动所造成的超调和震荡。
[0023] 3)改善了 Z源逆变器的电能质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1为Z源逆变器的拓扑结构；
[0025] 图2为Z源逆变器基于反馈线性化模糊变结构控制系统框图；
[0026] 图3为Z源逆变器直流链恒压控制框图；
[0027] 图4(a)为传统PI控制的Z源阻抗网络的电容电压波形图；
[0028] 图4(b)为加入本发明控制方法的Z源阻抗网络的电容电压波形图；
[0029] 图5 (a)为传统PI控制的Z源阻抗网络的直流链输出电压波形图；
[0030] 图5(b)为加入本发明控制方法的Z源阻抗网络的直流链输出电压波形图；
[0031] 其中：1、Z源逆变器；2、电容电压转换器；3、反馈线性化滑膜变结构控制子电路； 4、PI控制器；5、SVPWM ;11、Z源阻抗网络；12、三相逆变桥；13、滤波电路。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案 为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。
[0033] -种Z源逆变器直流链恒压控制方法，该方法将Z源逆变器阻抗网络反馈线性化， 并用滑膜变结构控制来确定反馈控制率，并且对直流链输出电压的峰值进行跟踪，从而使 直流链输出电压的峰值恒定，具体包括以下步骤：
[0034] 101)用微分几何学对Z源阻抗网络进行反馈线性化，坐标变换之后得到新的线性 状态空间模型和新的状态变量 Zl，z2, Zl为Z源阻抗网络电容电压的采样值与Z源阻抗网络 电容电压的参考值的差，z2为Z源阻抗网络电感电流的采样值与Z源直流链输出电流的采 样值的差；
[0035] 102)根据步骤101)中得到的先线性状态空间模型，求得控制率u为：
【权利要求】
1. 一种Z源逆变器直流链恒压控制方法，其特征在于，该方法将Z源逆变器阻抗网络反 馈线性化，并用滑膜变结构控制来确定反馈控制率，并且对直流链输出电压的峰值进行跟 踪，从而使直流链输出电压的峰值恒定，具体包括以下步骤： 101) 用微分几何学对Z源阻抗网络进行反馈线性化，坐标变换之后得到新的线性状态 空间模型和新的状态变量Zl，z 2，所述Zl为Z源阻抗网络电容电压的采样值与Z源阻抗网络 电容电压的参考值的差，所述Z 2为Z源阻抗网络电感电流的采样值与Z源直流链输出电流 的采样值的差； 102) 根据所述步骤101)中得到的先线性状态空间模型，求得控制率U为： u=[v-L2fh(x)y[LgLfh(x)} 其中：和LgLfh(x)通过李导数求得，v为反馈控制率，控制率u为直通占空比瞬 时值d* ; 103) 采样Z源阻抗网络的电容电压的瞬时值，再转换为直流链输出电压的峰值，再用 直流链输出电压峰值的参考值与所述直流链输出电压的峰值相减，得到直流链输出电压峰 值的偏差值，再通过PI控制器调节后得到直通占空比偏差值Ad ; 104) 将所述步骤102)中的直通占空比瞬时值d*，加上所述步骤103)中得到的直通占 空比偏差值Λ d，得到直通占空比d; 105) 将所述直通占空比d输入至SVPWM中，从而控制SVPWM中的直通零矢量的导通时 间。
2. 根据权利要求1所述的一种Z源逆变器直流链恒压控制方法，其特征在于，所述步骤 102)反馈线性化的过程中加入了滑膜变结构控制，所述反馈控制率v由滑膜变结构控制确 定。
3. -种实现如权利要求1所述的Z源逆变器直流链恒压控制方法的控制电路，该控制 电路包括Z源逆变器（1)和SVPWM(5)，其特征在于，所述控制电路还包括电容电压转换器 (2)、反馈线性化滑膜变结构控制子电路（3)、PI控制器（4)，所述Z源逆变器（1)分别与电 容电压转换器（2)和反馈线性化滑膜变结构控制子电路（3)的输入端连接，所述电容电压 转换器（2)的输出端与PI控制器（4)的输入端连接，所述反馈线性化滑膜变结构控制子电 路⑶和PI控制器⑷的输出端均与SVPWM(5)的输入端连接； 所述电容电压转换器（2)接收Z源逆变器（1)的电容电压的采样值，转换为直流链输 出电压的峰值，并得到直流链输出电压峰值的参考值与直流链输出电压的峰值的差值，所 述PI控制器（4)根据所述差值得到直通占空比偏差值Λ d，所述反馈线性化滑膜变结构控 制子电路（3)接收Z源逆变器（1)的电容电压的采样值、Z源阻抗网络电感电流的采样值 和Z源直流链输出电流的采样值，处理后得到直通占空比瞬时值d*，所述直通占空比瞬时 值d*和通占空比偏差值Λ d相加后得到直通占空比，从而控制SVPWM中的直通零矢量的导 通时间。
4. 根据权利要求3所述的一种Z源逆变器直流链恒压控制电路，其特征在于，所述Z 源逆变器（1)包括Z源阻抗网络（11)、二极管D、直流电源％、三相逆变桥（12)和滤波电路 (13)，所述Z源阻抗网络（11)包括电感U，电容Q，电容C 2和电感L2，所述二极管D的正极 与直流电源％的正极输出端连接，所述二极管D分别与电感U的一端和电容Q的一端连 接，所述电感U的另一端分别与电容C2的一端和三相逆变桥（12)的正极输入端连接，所述 电容Q的另一端分别与三相逆变桥（12)的负极输入端和电感L2的一端连接，所述电容C2 的另一端分别与直流电源％的负极输出端和电感L2的另一端连接，所述三相逆变桥（12) 的输出端与滤波电路（13)的输入端连接。
5.根据权利要求3所述的一种Z源逆变器直流链恒压控制电路，其特征在于，所述电容 电压转换器（2)和反馈线性化滑膜变结构控制子电路（3)的输入端分别与(^两端连接，所 述反馈线性化滑膜变结构控制子电路（3)的输入端还与三相逆变桥（12)的正极输入端连 接。
【文档编号】H02M7/48GK104092393SQ201410339298
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】薛阳, 李华郁, 杨俊涛, 江天博 申请人:上海电力学院