Z源逆变器具有独特的升压-降压能力,可以通过调整直通占空比来控制直流母线电压,并且加入直通矢量使逆变器上下桥臂直通的特性,能提高系统的可靠性,因此在分布式发电、风力发电、燃料电池供电以及电机驱动等领域都有着广泛的应用前景。理论上,Z源逆变器能得到无限大的电压增益,但由于控制Z源逆变器升降压的直通占空比(D)取值受系统调制因数(M)的影响,使得Z源逆变器的输出电压增益受到限制。在Z源逆变器的早期研究中,学者们主要集中于通过设计不同的控制方法,使得系统在相同的调制度下尽可能地提高直通过占空D,从而扩展电压的调节范围。但这种方法提高升压因子的空间有限。此后,学者们开始持续设计新的拓扑结构以进一步提高Z源网络的升压能力,并关注电压应力的降低。还有一部分学者将Z源网络应用于实际工程领域,充分发挥Z源的升降压功能,提高系统的控制性能。因此,Z源逆变器的研究主要集中于三个方面的内容:一是拓扑结构的设计;二是控制策略的研究;三是应用技术的研究。本文以国家自然科学基金项目(No.61271143)为依托,主要集中于以上三个方面的基础理论与应用技术研究,主要的研究内容与成果有:(1)为了克服传统Z源逆变器升压能力的不足,提出了非对称准开关型Z源逆变器。文中对新拓扑的设计过程和工作过程进行了论证和分析,理论计算,给出了新型Z源逆变器工作原理的理论计算。为了验证级联型Z源逆变器的动态性能,在MATLAB/Simulink环境下对系统进行建模和仿真,并搭建了实际实验平台,进行了实验测试。仿真与实验结果均证明与传统及新改进型的Z源逆变器相比,新拓扑结构能够在相同的直通占空比和调制度下,得到更高的电压增益,拓宽了Z源逆变器的调压范围。同时,在相同的电压增益下,非对称准开关型Z源逆变器可以获得更大的调制度,减少了开关应力。(2)研究了多电平逆变器,将Z源逆变器与多电平逆变器相结合,提出了级联型Z源多电平级逆变器。通过理论分析与公式推导、计算,对新型级联型Z源多电平级逆变器的设计过程和工作原理进行了详细的分析,通过公式计算给出了新型Z源逆变器网络参数的设计。接着在升压能力、调制度及电压应力等方面与非对称准开关电感型Z源逆变器和传统型Z源逆变器做了详细对比分析。最后在MATLAB/Simulink环境下对系统进行建模、仿真验证,并搭建了实际实验平台,进行了实验测试。仿真与实验结果均证明与传统及新改进型的Z源逆变器相比,新拓扑结构能够在相同的直通占空比和调制度下,得到更高的电压增益,拓宽了Z源逆变器的调压范围。同时,在相同的电压增益下,级联型Z源逆变器可以获得更大的调制度,减少了开关应力,同时减少谐波含量,提高电压利用率。(3)为了充分发挥Z源逆变器的升压性能,在深入分析简单升压控制、最大升压控制等控制方法的基础上,结合级联型Z源逆变器的特性,提出一种级联型Z源逆变器的最大升压控制策略。在三次谐波注入下的SPWM的基础上,用直通矢量代替全部零矢量,降低了功率器件的开关频率,有效地提高了直通占空比,进而增大了升压倍数。文中进行了理论分析,推导了相应公式,并与传统升压调制策略进行了详细对比,在相同的升压倍数下,该控制策略使得调制度得到有效提高,从而扩展了级联Z源逆变器的输入范围。仿真与实验结果证实了控制策略的正确性。(4)在深入研究了空间矢量控制的基础上,将矢量控制策略与Z源逆变器相结合,提出一种输出电压电流全阶段线性化调制的SVPWM控制算法,使直流母线电压随系统输出指令调节,从而保持系统输出峰值始终随调制度线性变化。通过将该策略在级联型Z源网络上的应用分析,证实该策略能消除传统的过调制区,避免了过调制区域的复杂计算,增强了系统输出能力,简化了系统控制算法,降低了系统负担,提高了运行效率,提高了电压利用率。仿真和实验结果与理论分析相一致,证明了该策略的有效性。(5)将Z源逆变器应用到在永磁同步电机的转速控制系统中,针对永磁同步电机在低速运行不平稳的问题,深入研究了正余弦编码器的工作原理,提出一种位置细分方法。根据正余弦编码器输出的正弦原始信号,将一个周期分为八个小区间,继而根据麦克劳林近似公式,提出反向数据拟合方法直接拟合出正弦信号对应的相位值,进一步得到转子的精确位置,使得计算精度高、运行速度快,解决了电机极低速运行时角度精度低的问题。搭建了实际电路及测试平台,得到了与理论分析相一致的效果。