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dcpower是什么类型电源_什么是DC电源PLECS应用示例（88）:Z源逆变器（Z-Source Inverter）1概述本演示展示了一种用于燃料电池应用的电流控制三相Z源逆变器。图1显示了Z源逆变器的电路。Z源逆变器中独特的阻抗网络允许逆变器在降压和升压模式

PLECS应用示例（88）:Z源逆变器（Z-Source Inverter） 　　1概述 　　本演示展示了一种用于燃料电池应用的电流控制三相Z源逆变器。图1显示了Z源逆变器的电路。Z源逆变器中独特的阻抗网络允许逆变器在降压和升压模式下运行。
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dcpower是什么类型电源_什么是DC电源图1：Z源逆变器的电路 　　2 Model 　　阻抗源（或阻抗馈电）功率转换器，也称为Z-source逆变器（或转换器），使用由以X形状连接的分裂电感器和电容器组成的阻抗网络，将主转换器电路耦合到电源（或负载）。它可用于实现DC-AC、AC-DC、AC-AC和DC-DC功率转换，以取代传统的V源或I源转换器。 　　演示模型显示了Z源逆变器的一个示例，其中来自燃料电池源的直流电压被转换为三相交流输出。传统的V源逆变器（VSI）在没有额外的DC-DC升压级的情况下不能产生大于DC电压的AC输出电压。根据第2.1节中定义的降压-升压因子，Z源逆变器可以产生大于或小于DC电压的AC输出电压。需要一个与直流电源串联的二极管来防止反向电流。 　　2.1 工作原理（Operating Principle） 　　在传统的VSI中，当DC电压施加在负载上时，有六种可能的有源开关状态（在三相支路中的每一个支路中只有一个上开关或下开关导通）和两种零状态（负载端子通过所有上开关或所有下开关短路）。Z源逆变器具有额外的零状态，当负载端子通过一个或两个或全部三相支路的上开关和下开关短路时。这种直通零状态为逆变器提供了独特的降压-升压特性。当直流电压足够高以产生所需的交流电压时，击穿零状态为非激活状态。否则，逆变器的等效直流输入电压将使用直通状态[1]升压。 　　对于对称的Z源网络，如果逆变器桥在一个T的开关周期上在T0的周期内处于贯通状态，并且在T1的周期内在八个非贯通状态中的一个处于贯通状态， 　　
\frac{V_{c}}{V_{dc}}=\frac{T_{1}}{T_{1} − T_{0}} 　　其中，VC是逆变器桥两端的平均直流链路电压，Vdc是输入电压。逆变器桥两端峰值直流链路电压või为： 　　
\tilde{v}_{i}=\frac{T}{T_{1} − T_{0}}V_{dc} = B · V_{dc} 　　其中，B是由直通零状态产生的升压因子： 　　
B =\frac{1}{1 − 2\frac{T_{0}}{T}}\geq1 　　来自逆变器的输出AC峰值相位电压võAC为： 　　
\tilde{v}_{ac}=M ·\frac{\tilde{v_{i}}}{2}= M · B ·\frac{V_{dc}}{2} 　　其中，M是调制指数。降压-升压因子BB计算如下： 　　
B_{B} = M · B = (0 ∼ ∞) 　　电容器电压VC计算如下： 　　
V_{C} =\frac{1-\frac{T_{0}}{T}}{1-2\frac{T_{0}}{T}}V_{dc} 　　因此，贯穿占空比d为： 　　
d =\frac{T_{0}}{T}=\frac{V_{C} − V_{dc}}{2 V_{C} − V_{dc}} 　　2.2 Controller 　　锁相环（Phase-Locked Loop） 　　PLECS组件库提供了一个同步参考帧锁相环（SRF-PLL）组件，如图2所示。它包含一个低带宽比例积分（PI）控制器，用于检测三相输入信号的相位角。然后，相位信息用于将AC输出电流和电压转换为旋转参考系（dq）[4]。
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dcpower是什么类型电源_什么是DC电源图2：同步参考帧锁相环（SRF-PLL） 　　电流控制器（Current Controller） 　　在交流侧的dq帧中， 　　
v_{d} = L\frac{d}{dt}id+ R_{ id}+E_{m}− ω L i_{q} 　　
v_{q} =L\frac{d}{dt}i_{q}+Ri_{d}+ R i_{q} + ω L i_{d} 　　其中，
v_{d} 和
v_{q} 是电压，
i_{d} 和
i_{q} 是电流，
E_{m} 是A相电压的峰值。交叉耦合项
ωLi_{q} 和
ωLi_{d} 是abc到dq变换的结果。为了实现简单的一阶对象，在控制器中提供它们作为前馈，以解耦q和d轴电流。 　　在消除交叉耦合项的情况下，dq框架中当前控制器的工厂传递函数为： 　　
\frac{i_{d}(s)}{v_{d}(s)}=\frac{i_{q}(s)}{v_{q}(s)}=\frac{V_{C}/2}{s L + R} 　　基于上述对象传递函数，使用K因子方法对电流控制器进行解析调谐。K因子方法是一种环路成形技术，其中可以针对指定的相位裕度和交叉频率准确地设计控制器。[2]中解释了使用K因子方法的控制器设计。 　　对于1000 Hz的期望交叉频率ωc，系统的相位为−89.95◦. 如果所需相位裕度为65◦ , 则所需的相位提升（φboost）为64.95◦ . 因此，使用了II型控制器。II型控制器的传递函数为： 　　
Gc(s) =\frac{Kc}{s}\frac{1 +\frac{s}{w_{z}}}{1+\frac{s}{w_{p}}} 　　其中，Kc是控制器的增益，ωz是零点的位置，ωp是极点的位置。k、ωz和ωp的值由以下表达式计算： 　　
k = tan(\frac{φ_{boost}}{2}+45^{\circ}) ;
ω_{z} =\frac{w_{z}}{k} ;
ω_{p} = k · ω_{z} 　　
\frac{1}{K_{C}}= abs (\frac{1}{jw_{c}}\cdot\frac{1+\frac{1+jw_{c}}{w_{z}}}{\frac{1+jw_{c}}{w_{p}}}\cdot G_{P}(jω_{c})) 　　反激式转换器的Kc的值被计算为502。 　　电流控制器的输出是一组三相正弦信号{Ma，Mb，Mc}。 　　图3显示了当前控制器的实现。
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dcpower是什么类型电源_什么是DC电源图3：电流控制器 　　射击任务计算器（Shoot-through duty calculator） 　　当降压-升压因子BB大于1时，直通占空比计算器计算开环直通占空比d，如图4所示。
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dcpower是什么类型电源_什么是DC电源图4：射击任务计算器 　　2.3 PWM调制器(PWM Modulator) 　　射穿状态对称地插入到传统VSI的现有脉宽调制（PWM）状态模式中，如[3]中所述。对于具有Mmax=max{Ma，Mb，Mc}，Mmid=mid{Ma，Mb，Mc}和Mmin=min{Ma，Mb，Mc}的正弦信号{Ma，Mb，Mc]的三相集合，穿透状态插入如下： 　　
M_{max}(SX) = M_{max} + d 　　
M_{max}(SY ) = M_{max} +\frac{d}{3} 　　
M_{mid}(SX) = M_{mid} +\frac{d}{3} 　　
M_{mid}(SY ) = M_{mid} −\frac{d}{3} 　　
M_{min}(SX) = M_{min} −\frac{d}{3} 　　
M_{min}(SY ) = M_{min} −d 　　其中，{SX，SY}＝{1，2}、{3，4}或{5，6}表示IGBT逆变器的开关1至6。状态机块用于评估上述方程组，如图5所示。然后使用新计算的调制指数通过基于载波的实现来生成PWM信号。
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dcpower是什么类型电源_什么是DC电源图5：状态机调制器 　　2.4 Simulation 　　使用所提供的模型进行仿真，以观察PWM信号、输出交流电流和Z网络电容器电压。 　　在0.2 s时，d轴交流电流参考从5 A增加到10 A，在0.4 s时，q轴交流电流基准变为−5 A。观察输出dq电流遵循参考信号，如图6所示。 　　输出交流相电压为
\frac{100}{\sqrt{3}} V，直到0.6s，见图7，输入直流电压为70V。因此，降压-升压因子BB为：
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dcpower是什么类型电源_什么是DC电源 　　由于降压-升压因子大于1，所以启用直通占空比。Z源逆变器在升压模式下运行。从图8中可以观察到，穿透周期关于原始切换瞬间对称放置。 　　在0.6 s时，见图7，输入直流电压从70 V升压到190 V，新的调制指数计算如下：
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dcpower是什么类型电源_什么是DC电源图6：Z源逆变器的输出电流
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dcpower是什么类型电源_什么是DC电源图7：Z源逆变器的输入和输出电压
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dcpower是什么类型电源_什么是DC电源 　　由于降压-升压因子小于1，直通占空比为零，如图9所示。此时，Z源逆变器以降压模式工作，并使用传统的PWM调制方案。 　　3 Conclusion 　　该模型重点介绍了一个电流控制的三相Z源逆变器，展示了一些PLECS控制域组件，包括连续控制器方案和状态机调制器。状态机块评估由电流控制器生成的三相正弦调制指数信号的最大值和最小值，并插入适当的直通占空比值以获得新的比较信号。
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dcpower是什么类型电源_什么是DC电源图8：启用直通功能的Z源逆变器的PWM调制 　　References 　　[1] 方正鹏，“Z源逆变器”，载于《IEEE工业应用汇刊》，第39卷，第2期，第504-510页，2003年3-4月。在线访问：IEEE Xplore网页。 　　[2] Raja Ayyanar，“关于k因子控制器设计的视频。”在线访问：k因子控制器的设计方法：第1部分和dc-dc的k因子控制的设计方法第2部分。 　　[3] Poh Chiang Loh，D.M.Vilathgamuwa，Y.S.Lai，Geok Tin Chua和Y.Li，“Z源逆变器的脉冲宽度调制”，载于IIEEE电力电子学报，第20卷，第6期，第1346-1355页，2005年11月。在线访问：IEEE Xplore网页。 　　[4] E.J.Bueno、F.J.Rodriguez、F.Espinosa和S.Cobrecis，“用于风力发电应用的VSC接口的面向通量的SPLL设计”，载于IEEE工业电子学会第31届年会，2005年，IECON 2005年，北卡罗来纳州罗利市，2005年第6页。在线访问：IEEE Xplore网页。
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dcpower是什么类型电源_什么是DC电源图9：禁止直通的Z源逆变器的PWM调制 　　Revision History: PLECS 4.3.1 First release PLECS 4.5.1 Updating PLL component with new library block本文章原文链接（英文）练习档案下载 　　创作声明：以上的文章内容所有权属于瑞士商Plexim GmbH所有, 授权英富美(深圳)科技有限公司提供翻译与发表, 未经所有权人允许前, 不得将其内容与相关文件档案另用于营利用途. 　　英富美(深圳)科技有限公司 　　TEL: 0755- 　　Email: info@infomatic.com.sg 　　: plecs_cn

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