随着社会发展,我国面临着越来越严峻的能源与环境压力,然而人们对更高物质生活水平以及良好生活环境的要求日益迫切,这就要求我们在能源环境领域进行变革,寻找新的突破点。发展清洁能源,提高清洁能源领域的技术创新是缓解我国能源危机,减轻环境污染的关键。从清洁能源发展近况看,近几年,风电、水电、光伏、核能等都有较快发展。这些产业的发展与电力电子领域的技术进步息息相关,尤其是电力电子逆变器技术的提高与完善对风电、光伏产业的推动功不可没。本文研究了一种拓扑较为新颖的H桥级联型多电平逆变器,该种逆变器在光伏发电、高压逆变等场合具有较好的应用前景。准Z源H桥级联型多电平逆变器由我国学者葛宝明提出,其融合了准Z源网络与级联型拓扑的优势,既可以实现直流侧升压功能,又可获得良好的并网电流质量。针对准Z源H桥级联型多电平逆变器,本文从以下几个方面进行研究分析与系统设计。首先,建立了该系统的小信号以及稳态数学模型。在小信号数学模型基础上,运用参量扫描法绘制了电容电感值以及直通占空比因子对准Z源网络电容电压的零极点分布图,并分析了各参量对系统性能的影响,为控制器的设计奠定了基础。其次,分析了级联型逆变器功率不平衡工况下的运行机理,提出了相内和相间功率平衡控制方法,分别解决了直流母线电压漂移问题和三相输出电流对称控制问题。在此基础上,设计了单相、三相准Z源H桥级联型多电平逆变器系统整体控制策略,主要包括并网电流控制、功率平衡控制、直流母线电压控制和滤波电容电压控制。采用MATLAB软件,构建了系统SMULINK仿真模型,通过仿真验证了所提功率平衡控制方法以及整体控制策略的有效性。再次,分析了系统软硬件设计中存在的问题,着重解决了多模拟量数据采集、DSP与FPGA并行通讯、改进的CPS-SPWM逻辑电路设计方法、系统运行时序等系列难点,设计了基于DSP与FPGA的主从控制系统。给出了功率器件选型方案,并搭建了10kW三相准Z源H桥级联型逆变器样机。最后,在样机平台上,分别进行了单相与三相准Z源H桥级联型逆变器实验,人为设置功率不平衡实验条件,验证了系统功率平衡控制方法的可行性以及系统整体控制策略的正确性。
