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考虑模块功率差异的准Z源级联多电平逆变器系统参数设计与并网控制方法
摘要：
准Z源级联多电平逆变器是一种新型的逆变器拓扑结构，通过引入Z源网络实现了电压的升压和降压效果，并且在输出电压波形质量上有了显著的提高。但是，由于其中的逆变器模块间功率差异的存在，会导致输出电压的波形畸变和损失，因此对于准Z源级联多电平逆变器进行参数设计和并网控制是十分必要的。本文对准Z源级联多电平逆变器系统进行了详细的分析和探讨，提出了相应的参数设计和控制方法，为实际应用提供了一定的参考意义。
关键词：准Z源，级联多电平逆变器，并网控制，参数设计，功率差异
正文：
一、研究背景
随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，电力需求不断增加。然而，传统的电力系统在能源利用和环境保护方面存在一些问题，如能量的浪费、环境污染等。因此，建设可再生能源电力系统已经成为了解决这些问题的主要途径之一。而逆变器作为可再生能源电力系统的核心部件之一，其质量对系统的性能及其安全可靠运行具有很大的影响。
准Z源级联多电平逆变器是一种新型的逆变器拓扑结构，与传统的电网逆变器相比有很多优点，诸如较高的效率、较低的THD等。准Z源拓扑结构在电源与负载之间形成Z源网络，既可匹配电源与负载的电压、电流，又保证了电源与负载之间的隔离，提高了电路的安全性能。与普通的电网逆变器相比，准Z源级联多电平逆变器不仅输出电压高质量，而且可以减小输入电源和输出负载之间的电路阻抗不匹配的影响。
在准Z源级联多电平逆变器系统中，为了实现更高的输出功率，通常会采用多个逆变器模块级联的方式。然而，由于逆变器模块之间的功率差异会影响整个系统的输出电压稳定性和波形质量，是目前在准Z源级联多电平逆变器研究中需要解决的关键问题。
二、参数设计
（一）电路结构
准Z源级联多电平逆变器通常由多级电路组成，每级电路包含一个逆变器模块和一个电感器。如图1所示，电路中包含3级逆变器模块。其中，逆变器模块的结构是基于全桥电路的，在逆变器模块输入端分别加入了两个电容和一个电阻，以形成Z源网络。
图1.准Z源级联多电平逆变器电路图
（二）电路参数设计
在准Z源级联多电平逆变器系统中，需要根据具体需求设计逆变器模块的电路参数，以满足系统的输出功率要求。主要设计参数包括输出电压、频率、电流、电容电感等。
1.输出电压
在准Z源级联多电平逆变器系统中，输出电压的大小与逆变器模块的输入电压和脉宽调制比有关系。因此，要根据所用的电源的电压和输出功率的要求，确定逆变器模块的输入电压和脉宽调制比。
2.输出频率
在准Z源级联多电平逆变器系统中，输出频率的大小与所用的振荡器的频率有关系。因此，要根据所用的振荡器和输出负载的要求，确定逆变器模块的输出频率。
3.输出电流
在准Z源级联多电平逆变器系统中，输出电流的大小与逆变器模块的输出电压和输出负载的电路阻抗有关系。因此，要根据所用的负载和输出功率的要求，确定逆变器模块的输出电流。
4.电容和电感值
在准Z源级联多电平逆变器系统中，电容和电感器的选择需要满足逆变器模块在工作状态下所需的容量和电感值。而电容和电感器的值将直接影响输出电压的质量，因此需要仔细进行设计和选择。
三、并网控制
由于准Z源级联多电平逆变器的特殊结构，其并网控制相对于传统的Inverter系统稍微复杂一些。在实际应用中，需要设计合理的并网控制方法，以确保系统稳定运行和输出电压的质量。
（一）控制策略
在准Z源级联多电平逆变器系统中，可以采用PI控制和模型预测控制等不同的控制策略。其中，PI控制是一种常用的控制方法，适用于简单的控制任务。而模型预测控制则可以在不同工况下自适应调整控制策略，提高了控制性能。
（二）控制器结构
在准Z源级联多电平逆变器系统中，需要将不同逆变器模块的控制器进行协调，以实现整个系统的自稳定。可以采用去耦合控制结构、分布式控制结构进行控制器的设计。
（三）控制器参数设计
在准Z源级联多电平逆变器系统中，不同逆变器模块之间存在功率差异，在控制器参数设计过程中要考虑这些功率差异，确保不同逆变器模块之间有一定的对称性。同时，可以基于试控法对不同逆变器模块的控制器参数进行调节。
四、结论
准Z源级联多电平逆变器作为一种新型的逆变器拓扑结构，在可再生能源电力系统中具有广泛的应用前景。但是，其中逆变器模块间功率差异的存在会导致输出电压的波形畸变和损失，是目前需要解决的关键问题之一。本文对准Z源级联多电平逆变器系统进行了详细的分析和探讨，提出了相应的参数设计和并网控制方法，为实际应用提供了一定的参考意义。