单相z-q―z源逆变器的无差拍并网控制策略

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1、单相Z/Q―Z源逆变器的无差拍并网控制策略摘要：为了提高Z/Q-Z源逆变器效率、输出电流质量，减小并网电流谐波畸变率，将无差拍并网电流控制策略应用到Z/Q-Z源逆变器中。采用无差拍算法对Z/Q-Z源逆变器进行并网控制，并网电流能够快速跟踪参考电流，实现逆变器单功率因数运行，以及逆变器的数字化控制。建立Z/Q-Z源并网逆变器仿真模型，并对Z/Q-Z源逆变器并网系统进行仿真分析，证明采用无差拍算法并网控制策略的正确性与可行性。仿真结果表明：并网电流总谐波畸变率小于1%，提高了并网电流质量，且Q-Z源

2、逆变器比Z逆变器网络中电容电压值减小半个数量级。另对Z/Q-Z源逆变器进行软启动控制仿真分析，软启动可以有效解决Z源电容电压、逆变桥电压的启动冲击等问题。中国8/vie　　关键词：无差拍控制；单相并网；Z/Q-Z源逆变器；软启动　　中图分类号：TM464文献标志码：A：1007-2683（2017）01-0021-06　　0引言　　近年来，Z源逆变器的研究取得了快速发展，相关学者和工程技术人员做了大量的研究工作。从Z源逆变器的原理到控制策略再到应用都出了大量成果，研究重点主要是逆变器的控制策略。

3、目前，z源逆变器控制策略有直流链恒压控制、空间矢量控制、状态反馈控制、电流滞环控制、三次谐波注入控制、间接�沃艿缌骺刂啤⒈壤�谐振控制等等。　　但现有的Z源逆变器拓扑结构也存在缺陷，为实现升压功能，电容电压必须大于输入电压，Z源电容存在较大的启动冲击；Z源网络电容与电源极性相反，输入二极管的存在使得输入电流不连续，导致并网电流畸变。为解决这些不足，提出用不同的控制策略和新型的拓扑结构。　　新型Z源逆变器中，为了提高升压比，提出了增强型Z源逆变器、抽头电感型Z源逆变器、改进型Z源逆变器、开关耦合电

4、感准Z源逆变器；为了避免输入二极管电流不连续，避免并网电流发生畸变，提出了电流连续型Z源逆变器；为了减小电容电压，抑制启动冲击，提出了Q-Z源逆变器。Q-Z源逆变器可以降低Z源网络电容电压，并且能抑制启动电流，可以实现软启动等优点，在太阳能等新能源并网发电的应用上更具优越性。　　本文采用无差拍并网控制策略来实现Z源逆变器与Q-Z源逆变器并网运行。无差拍控制策略具有响应速度快、暂态过程短等优点，非常适用于易受外部多变环境影响的光伏并网发电。本文通过无差拍数字控制实现并网发电，有效提高并网电流质量，

5、实现单功率输出，提高并网效率。　　1Z/Q-Z源逆变器的无差拍控制原理　　1.1Z/Q-Z源逆变器控制原理　　由于Z源网络具有独特的灵活性，在这几年得到了巨大的发展，特别是在光伏发电系统中。为了进一步提升Z源逆变器在新能源发电系统中的应用潜力，提高经济效益，提出Z源电容电压减小型Q-Z源逆变器，其单相并网结构如图1所示。　　Q-Z源逆变器是对Z源逆变器的一种简单改进，不增加任何电子器件，只将二极管与逆变桥互换位置，使Z源网络与逆变桥“串联”。这样就使Q-Z源网络中电容电压的极性与直流电源的极性相

6、同，从而有效减小了Z源电容电压应力，大幅度降低Z源储能网络电容电压，再加以合适软启动控制策略，即可以有效抑制启动时电流对开关管、电容的冲击。　　Q-Z源网络工作状态分为直通、非直通两种工作状态，设开关管的开关周期为Ts，直通占空比为d0，直通时间为T0，非直通时间为T1，且满足Ts=T0+T1。　　稳定状态，根据Z源电感的伏秒特性，电感的平均电压必然为零得　　（1）　　Q-Z源电容电压VC由式（1）可得　　（2）　　而z源电容电压VC0为　　（3）　　（3）　　Q-Z源逆变桥母线电压VFB用Vd

7、、VC表示，联立式（1）和式（2）得　　（4）　　而Z源逆变桥母线电压VFB用VC表示为　　（5）　　无差拍控制算法是一种数字控制方法，具有动态响应快、暂态过程短等优点，其基本思想是，根据逆变器的状态方程和输出反馈信号来预测下一个周期的脉冲宽度。　　逆变工作时（非直通状态），Z/Q-Z源逆变器的逆变部分原理如图2所示，其输入为逆变桥母线电压VFB，输出采用电流控制方式。通过控制逆变桥输出并网电流实时跟踪电网电压的频率和相位，实现单功率并网运行的目的，从而大大提升逆变器的效率。逆变桥母线电压VFB

8、是由新能源发出的直流电经Z/Q-Z源升压得到，VFB直接决定并网电能的质量.滤波电感Lac用于滤除并网电流和电压的高频谐波，减小谐波畸变率，提高并网电能质量。因此，Q-Z源比Z源逆变器多一个采样电压，硬件设计中，多增加一个传感器来采集直流输入电压，增加了Q-Z源逆变器的成本。Q-Z源与Z源网络中电容电压极性相反，采集电容电压时，传感器需要反相连接。　　2Z/Q-Z源并网逆变器仿真对比分析　　由于外界环境变化缓慢，最大功率点的扰动时间相对工频周期要长很多，可以认为分布式新能源的输出功率在这段时间内