改进型Z源逆变器拓扑及其并网研究

改进型Z源逆变器拓扑及其并网研究

摘要

传统电压源型逆变器存在同一桥臂上下管不能直通、输出电压低于输入电压等固有缺陷，限制了其在新能源发电等宽输入电压场合的应用。Z源逆变器通过引入独特的X型阻抗网络，利用桥臂直通状态实现升降压变换，突破了传统逆变器的理论瓶颈。然而，传统Z源逆变器仍存在电容电压应力高、启动冲击大、升压能力有限等问题。本文对传统Z源逆变器的拓扑结构进行了改进，分析了改进型Z源逆变器的稳态工作原理和升压特性，推导了升压因子与直通占空比的解析关系。在控制策略方面，研究了简单升波控制、最大升压控制和直通SVPWM调制方法。在MATLAB/Simulink环境中搭建了改进型Z源逆变器的仿真模型，开发了SVPWM调制算法，建立了完整的三相并网控制系统。并网环节采用电压电流双闭环控制策略，实现了逆变器输出电流与电网电压的同频同相，仿真结果验证了所提拓扑和控制策略的有效性。

关键词：改进型Z源逆变器；直通占空比；空间矢量脉宽调制；并网控制；MATLAB/Simulink

1 引言

1.1 研究背景与意义

随着全球能源危机加剧和环境保护意识增强，以太阳能、风能为代表的可再生能源分布式发电技术受到广泛关注。逆变器作为连接分布式电源与电网的核心功率变换装置，其性能直接影响整个发电系统的效率、可靠性和电能质量。

传统电压源型逆变器存在两个根本性局限：第一，同一桥臂的上下功率管不能同时导通，否则会导致短路损坏器件，因此必须在开关信号中插入死区时间，死区时间的加入会导致输出电压波形畸变；第