Quasi-Z源逆变器纹波自注入APF及其控制策略李志勇王思君陈有根摘要：单相Quasi-Z源逆变器交流侧二倍基波频率（二倍频）的功率脉动会使其直流侧不可避免的出现二次纹波。针对单相Quasi-Z逆变器直流侧电感二倍频电流纹波问题提出了一种自注入APP控制策略。运用状态空间平均法研究二倍频能量的传递机理，结合Quasi-Z源网络小信号模型，发现占空比扰动可以影响Quasi-Z源网络能量分布。在直通占空比上叠加補偿信号，在不改变电路拓扑结构的前提下，利用Quasi-Z源网络向逆变桥自注入二倍频能量，抑制Quasi-Z源网络输入功率波动。仿真验证了所提控制策略的有效性，Quasi-Z源网络输入电流纹波幅值降低了81.4%，并结合反馈控制方法对所提控制的响应速度进行了仿真对比分析。关键词：Quasi-Z源逆变器;纹波;传递机理;自注入DOI：10.15938/j.emc.2019.10.009：T64文献标志码：A：1007-449X（2019）10-0077-080引言Quasi-Z源逆变器是具有升压逆变一体化的特殊结构，自提出以来即受到了广泛的研究和关注。从拓扑结构上看，单相Quasi-Z源逆变器本质上由Quasi-Z源网络和VSI（电压源型逆变器）级联组成。变流装置VSI的存在，必然会导致其交流侧存在二倍频率功率，进而引起直流侧产生二倍频的纹波，影响逆变器的运行品质。Quasi-Z源网络是一个由电感和电容组成的无源网络，具有一定的滤波能力。采用较大参数的电感和电容可以有效抑制二倍频的纹波，但是增加了Quasi-Z源逆变器的体积和成本，但若不抑制这些低频纹波，会影响Quasi-Z源逆变器的控制精度，降低器件的使用寿命。这些原因限制了Quasi-Z源网络在光伏发电、电机控制等对直流电源波动敏感领域的应用。采用合适的方法，对Quasi-Z源逆变器二倍频功率进行主动补偿，进而抑制二倍频纹波，对于提高其运行品质，拓宽应用领域具有重要意义。目前针对Quasi-Z源逆变器二倍频功率的主动补偿方法主要有2种。一种是利用有源滤波思想添加额外带储能环节的拓扑支路，在逆变桥输人端或输出端对二倍频功率进行主动补偿。另一种则考虑Quasi-Z源网络本身是一个可控的储能网络，并且抑制的主要目的是在于稳定Quasi-Z源网络输入功率，在传统控制的基础上添加额外控制或滤波支路，抑制Quasi-Z源逆变器二倍频功率向前级流动。文献提出运用有源滤波的思想，添加带有电容或蓄电池作为储能元件的额外支路，对逆变器交流侧产生的二倍频功率进行补偿，抑制Qua-si-Z源逆变器二倍频功率的流动。一方面，添加额外支路改变了Quasi-Z源逆变器的拓扑结构，增加了成本。另一方面，额外支路亦需要添加额外的控制策略，增加了控制的复杂度。理论上，此类控制方法可以对逆变桥生成的二倍频功率完全补偿，但在逆变器实际运行过程中直流电源输出功率允许在一个合理的范围内波动。为此，部分学者提出利用Quasi-Z源网络储能可控的特点，对原有控制策略进行改进，利用Quasi-Z源网络能量对二倍频功率进行自注入式补偿。此类方法不改变Quasi-Z源逆变器拓扑结构，在保证Quasi-Z源网络升压能力的前提下，将其作为一个有源滤波装置，在原有电路的基础上构建虚拟APF也可以有效解决二倍频纹波问题。在Quasi-Z源逆变器中，传统控制策略均在开关周期的固定位置插入直通占空比，Quasi-Z源网络电感电流开关周期平均值并不固定。文献提出通过改变开关的插入直通占空比的位置，抑制电感电流的波动。通过对Quasi-Z源网络建模分析，占空比扰动可以改变网络电容电压和电感电流，即改变占空比大小以可以控制网络能量状态。文献采样直流电源支撑电容电压，通过比例控制器跟随其直流分量，将生成信号叠加至稳态占空比，实现了光伏电池输出功率的稳定。直流电源支撑电容目的在于稳定直流电源的输出功率，若采用合适控制策略后，可以由Quasi-Z源网络承担支撑作用。文献在拓扑结构上取消了直流侧支撑电容，直接提取直流侧电源输出电流的交流分量，与参考值比较后通过PI控制器对占空比施加扰动。本质上看，文献均采用了反馈控制的思想，通过Quasi-Z源网络向逆变桥补偿二倍频功率，抑制二倍频功率向直流电源端的传递。本质上，二者均属于反馈控制，虽然具有较高的控制精度，但是，动态响应特性较差。本文将Quasi-Z...