CN107863897A - 一种改进高性能双向z源逆变器 - Google Patents

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Abstract

针对传统Z源逆变器电容电压应力高、启动冲击电流大、存在非正常工作状态、能量无法双向流动等缺点，本发明提出了一种改进高性能双向Z源逆变器。一种改进高性能双向Z源逆变器，包括直流电压源和三相逆变桥组成的三相逆变器，还包括由功率二极管、开关电感和电容组成的Z源网络，其特点是由开关电感支路代替单一电感，Z源网络首端连于电源的正极，末端连于三相逆变桥的正端，逆变桥与电源共地。与传统Z源逆变器相比，改进高性能双向Z源逆变器能够提高逆变器的升压能力，实现高增益因子，提高整个逆变器的输出质量；有效减小Z网络电容的电压应力，从而减小逆变器体积重量；同时在阻碍能量回馈的二极管上反并联全控开关管，具备能量双向流动能力。

Description

一种改进高性能双向Z源逆变器
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种改进高性能双向Z源逆变器。
背景技术
微电网技术是开发、利用风能和太阳能等可再生能源的关键。而逆变器是微电网的核心接口元件，是微电网高效运行的保证，是分布式能源和电网间能量交换的媒介；传统的电压型逆变器仅能降压输出，为实现传统逆变器并网发电，需增加一级DC-DC升压环节，构成两级式并网发电系统，结构复杂，控制困难。
Z源逆变器利用直通状态实现单级升压，适用于单级式并网发电系统，但是启动冲击电流大，低升压增益，能量不能双向流动等问题；例如申请号为“201110166524.4”的一种改进高性能双向Z源逆变器虽然提高了升压能力，但没解决能量的双向流动的问题；又申请号为“201510037253.0”的一种新型Z 源并网变流器虽然使得电容电压应力减小，但是没有改变Z源阻抗网络的升压能力。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种改进高性能双向Z源逆变器，能够提高单级逆变器的升压能力，实现高增益升压，提高整个逆变器的输出质量；有效减小Z网络电容的电压应力，从而减小逆变器体积重量；同时在阻碍能量回馈的二极管上反并联全控开关管，具备能量双向流动能力。
为解决上述技术问题，本发明的实施例采用如下技术方案：
为了全面提升Z源逆变器性能，将高升压能力与抑制启动冲击的能力结合起来，在Z源逆变器和开关电感型逆变器的基础上，通过将开关电感技术引入串联型逆变器，在串联型逆变器抑制启动冲击的基础上增强逆变器的升压能力。将开关电感技术加入逆变器的Z源网络中，逆变桥与Z源网络相串联，用开关电感单元替代串联逆变器的电感，可以将两种逆变器的优势相结合，串联型结构抑制启动冲击，同时通过开关电感单元提高Z源逆变器升压比，另外，本发明选择用双向开关管替代二极管，保留了各自拓扑结构的优点，同时可实现电流的双向流动。
一种改进高性能双向Z源逆变器，包括直流电压源、X型Z源阻抗网络、三相逆变桥构成的三相逆变器，其特征在于：包括由开关电感和电容组成的X型Z源阻抗网络、功率二极管；其中所述X型Z源阻抗网络中的电感包括第1开关电感支路和第2开关电感支路，所述第1开关电感支路在直通时第一电感(L1)和第二电感(L2)并联充电，非直通时第一电感(L1)和第二电感(L2)串联放电，所述第2开关电感支路在直通时第三电感(L3)和第四电感(L4)并联充电，非直通时第三电感(L3)和第四电感(L4)串联放电，从而使该Z源逆变器获得更高直流链峰值电压；所述X型Z源阻抗网络的第一电容(C1)、第二电容(C2)在直通时与输入电源串联分别向第一、第二电感(L1、L2)、第三、第四电感(L3、L4)充电，有效减小Z源阻抗网络的第一电容C1、第二电容C2的电压应力。
本发明与现有技术相比的主要优点是：与电压源逆变器相比，本Z源逆变器单级实现升降压；不需要死区时间，能够消除传统逆变器死区时间带来的输出噪声；同桥臂直通成为常态，增加逆变器的抗干扰能力；与传统的Z源逆变器相比，本Z源逆变器利用开关电感技术，升压能力增强，避免高增益时直通比太高调制比太低导致系统不稳定性增大、输出质量降低等问题，并且Z源网络的电容电压应力小，逆变器体积小等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍：
图1为改进高性能双向Z源逆变器；
图2为直通状态下改进高性能双向Z源逆变器等效电路图；
图3为非直通状态下改进高性能双向Z源逆变器等效电路图。
具体实施方式
以下结合附图1对本发明高增益Z源逆变器主电路做详细介绍：
本发明提出的改进高性能双向Z源逆变器，包括直流电压源、X型Z源阻抗网络、三相逆变桥构成的三相逆变器，其特征在于：包括由开关电感和电容组成的X型Z源阻抗网络、功率二极管；其中所述X型Z源阻抗网络中的电感包括第1开关电感支路和第2开关电感支路，所述第1开关电感支路在直通时第一电感(L1)和第二电感(L2)并联充电，非直通时第一电感(L1)和第二电感(L2)串联放电，所述第2开关电感支路在直通时第三电感(L3)和第四电感(L4)并联充电，非直通时第三电感(L3)和第四电感(L4)串联放电，从而使该Z源逆变器获得更高直流链峰值电压；所述X型Z源阻抗网络的第一电容(C1)、第二电容(C2)在直通时与输入电源串联分别向第一、第二电感(L1、L2)、第三、第四电感(L3、L4)充电，有效减小Z源阻抗网络的第一电容C1、第二电容C2的电压应力。
进一步的，所述改进高性能双向Z源逆变器，其特征在于：直流电压源(Vdc)正极连于第一电容(C1)的负端；第一电容(C1)的负端与第一电感(L1)的一端、第一二极管(D1)的正极连接；第一电容(C1)的正端与第七二极管(D7)的阴极、第五二极管(D5)的阳极、第三电感(L3)的一端相连；第一电感(L1)的另一端与第一二极管(D1)、第三二极管(D3)的阳极连接；第一二极管(D1)的阴极与第三二极管(D3)的阴极、第二电感(L2)的一端连接；第二电容(C2)的正端与第七二极管(D7)的阳极、第二二极管(D2)的阴极、第二电感(L2)的另一端连接；第二电容(C2)的负端与第四二极管(D4)的阴极、第四电感(L4)的一端连接；第三电感(L3)的另一端与第四二极管(D4)、第六二极管(D6)的阳极连接；第四电感(L4)的另一端与第五二极管(D5)、第六二极管(D6)的阴极连接。
进一步的，所述改进高性能双向Z源逆变器，其特征在于：所述三相逆变桥的上桥臂的三个开关管的集电极连于一起，连于X型Z源阻抗网络的第二电容(C2)的负极；所述三相逆变桥下桥臂的三个开关管的发射极连于一起，构成三相逆变桥的负端，连于直流电压源的负极；三相逆变器的输出连接三相负载。
本发明提出的改进高性能双向Z源逆变器的工作状态可分为直通状态以及非直通状态，根据网络对称性电感电容元件取值分别相等，设电容电压为，电感电压为，电感电流为。
逆变器工作在直通状态下的等效电路图如图2所示，在逆变器的直通状态情况下，电感电压及直流链电压为：
非直通状态下，逆变器等效电路图如图3所示，电感电压及直流链电压为：
式中：为直通状态时间，为逆变器的升压因子。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种改进高性能双向Z源逆变器，包括直流电压源、X型Z源阻抗网络、三相逆变桥构成的三相逆变器，其特征在于：包括由开关电感和电容组成的X型Z源阻抗网络、功率二极管；其中所述X型Z源阻抗网络中的电感包括第1开关电感支路和第2开关电感支路，所述第1开关电感支路在直通时第一电感(L1)和第二电感(L2)并联充电，非直通时第一电感(L1)和第二电感(L2)串联放电，所述第2开关电感支路在直通时第三电感(L3)和第四电感(L4)并联充电，非直通时第三电感(L3)和第四电感(L4)串联放电，从而使该Z源逆变器获得更高直流链峰值电压；所述X型Z源阻抗网络的第一电容(C1)、第二电容(C2)在直通时与输入电源串联分别向第一、第二电感(L1、L2)、第三、第四电感(L3、L4)充电，有效减小Z源阻抗网络的第一电容C1、第二电容C2的电压应力。
2.根据权利要求1所述的一种改进高性能双向Z源逆变器，其特征在于：所述X型Z源阻抗网络的功率二极管反并联全控开关管D7，具备能量双向流动能力。
3.根据权利要求1所述的一种改进高性能双向Z源逆变器，其特征在于：所述X型Z源阻抗网络串联在三相逆变桥与直流电源之间。
4.根据权利要求1所述的一种改进高性能双向Z源逆变器，其特征在于：直流电压源(Vdc)正极连于第一电容(C1)的负端；第一电容(C1)的负端与第一电感(L1)的一端、第一二极管(D1)的正极连接；第一电容(C1)的正端与第七二极管(D7)的阴极、第五二极管(D5)的阳极、第三电感(L3)的一端相连；第一电感(L1)的另一端与第一二极管(D1)、第三二极管(D3)的阳极连接；第一二极管(D1)的阴极与第三二极管(D3)的阴极、第二电感(L2)的一端连接；第二电容(C2)的正端与第七二极管(D7)的阳极、第二二极管(D2)的阴极、第二电感(L2)的另一端连接；第二电容(C2)的负端与第四二极管(D4)的阴极、第四电感(L4)的一端连接；第三电感(L3)的另一端与第四二极管(D4)、第六二极管(D6)的阳极连接；第四电感(L4)的另一端与第五二极管(D5)、第六二极管(D6)的阴极连接。
5.根据权利要求1所述的一种改进高性能双向Z源逆变器，其特征在于：所述三相逆变桥的上桥臂的三个开关管的集电极连于一起，连于X型Z源阻抗网络的第二电容(C2)的负极；所述三相逆变桥下桥臂的三个开关管的发射极连于一起，构成三相逆变桥的负端，连于直流电压源的负极；三相逆变器的输出连接三相负载。
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