CN108092539A

CN108092539A - 一种增强型高性能z源逆变器

Info

Publication number: CN108092539A
Application number: CN201810028660.9A
Authority: CN
Inventors: 颜景斌; 刘思; 李冠达
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2018-05-29

Abstract

本发明公开了一种增强型高性能Z源逆变器，包括直流电源V0、二极管D7、输入电容C3、开关管SW7和三相逆变器，其还包括由开关电感、二极管、电感和电容组成的Z源网络，其特点是由开关电感代替传统Z源网络的单一电感。Z源网络串联于功率二极管SW7和三相逆变桥之间。二极管D7阳极与直流电源V0正极相连。功率二极管SW7阳极同二极管D7阴极，电容C3一端相连。电容C3另一极与直流电源V0负极、Z源网络相连。传统Z源逆变器相比，本发明能够消除由于Z源网络电感值较小或在轻载模式下导致的直流链电压畸变，从而消除了传统Z源逆变的非正常工作状态；对负载的适应能力很强，能够适应负载的大范围变动；能够显著地提升逆变器的升压能力，实现高调制因子，提高整个逆变器的输出质量；同时有效的减小了Z源网络电容电压应力，从而减小了逆变器的体积和重量。

Description

一种增强型高性能Z源逆变器

技术领域

本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种增强型高性能Z源逆变器。

背景技术

人们越来越关注清洁能源，风力发电、光伏发电和燃料电池得到业界的青睐，但风力发电、光伏发电和燃料电池系统所输出的直流电压波动很大不能直接给用户供电。为了实现升、降压能够输出稳定的电能，在逆变桥前级加入DC/DC 升压电路，但是DC/DC 变换器的环节增加了系统的成本、降低系统的效率，两级结构又增加了系统控制的复杂程度。文献(F.Z.Peng，“Z-source Inverter，”IEEE Trans.on Industry Applications，vol.39，no.2，pp，504-510，March/April，2003) 提出Z源逆变器。Z源逆变器解决了传统逆变器桥臂上下不能同时导通，需要加入死区时间控制的问题。并且能够提升直流链电压，简化了系统结构，提升了效率，但传统Z源逆变器Z源网络中电容电压应力过大，导致实际应用中电容体积大，成本高。在轻载模式下容易出现不正常工作状态，导致直流链电压畸变，而且其升压能力较低无法满足部分情况。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明实施例提供了一种增强型高性能Z源逆变器，实现了消除由于Z源网络电感值较小或在轻载模式下导致的直流链电压畸变，从而消除了传统Z源逆变的非正常工作状态；对负载的适应能力很强，能够适应负载的大范围变动；能够显著地提升逆变器的升压能力，实现高调制因子，提高整个逆变器的输出质量；同时有效的减小了Z源网络电容电压应力，从而减小了逆变器的体积和重量。

本发明提出的一种增强型高性能Z源逆变器，包括：直流电源、二极管D7、输入电容C3、开关管SW7、X型Z源网络及三相逆变器，其特征在于所述直流电源的正极同二极管D7的阳极相连；所述二极管D7的阴极同输入电容C3的一极、功率二极管SW7的发射极相连；直流电源的负极同输入电容C3的另一极、Z源网络相连；Z源网络串联于功率二极管SW7和三相逆变桥之间；所述电源的正极、所述二极管D7的正极、所述二极管D7的负极、所述开关管SW7、所述Z源网络及所述三箱逆变器依次链接。

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。

所述第1 开关电感支路是由第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3五个部件组成；所述第2开关电感支路是由第三电感L3、第四电感L4、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6 五个部件组成；第一二极管D1阳极同第二电感L2的一极、第一电容C1一极、功率开关管SW7集电极相连；第一二极管D1阴极同第二二极管D2阴极、第一电感L1一极相连；第二二极管D2阳极同第二电感L2的另一极、第三二极管D3阳极相连；第三二极管D3的阴极同第一电感L1的另一极、第二电容C2的一极、三相逆变桥的正端相连；第四二极管D4的阴极同第四电感L4的一极、第二电容的另一极、第三电容C3的另一极、直流电源V0的负极相连；第四二极管D4的阳极同第五二极管D5的阳极、第三电感L3的一极相连；第五二极管D5的阴极同第四电感L4的另一极、第六二极管D6的阴极相连；第六二极管D6的阳极同L3的另一极、第一电容C1的另一极、三相逆变桥的负端相连。

所述的一种增强型高性能Z源逆变器，其特征在于所述第一电容C1与第二电容C2具有相同的电容量，所述第一电感单元（L1、L2）与第二电感单元中的电感元件（L3、L4）具有相同的电感量。

作为一种优选，所述的功率二极管为IGBT或MOSFET。

附图说明

为了更清楚的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的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，

图1 为一种增强型高性能Z源逆变器的电路结构图；

图2为图1显示的一种增强型高性能Z源逆变器直通状态的电压关系等效电路图；

图3为图1显示的一种增强型高性能Z源逆变器非直通状态的电压关系等效电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本发明实施例提供了一种双向串联型Z源三电平逆变器，包括：直流电源、二极管D7、输入电容C3、开关管SW7、X型Z源网络及三相逆变器，其特征在于所述直流电源的正极同二极管D7的阳极相连；所述二极管D7的阴极同输入电容C3的一极、功率二极管SW7的发射极相连；直流电源的负极同输入电容C3的另一极、Z源网络相连；Z源网络串联于功率二极管SW7和三相逆变桥之间；所述电源的正极、所述二极管D7的正极、所述二极管D7的负极、所述开关管SW7、所述Z源网络及所述三箱逆变器依次链接。

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，第1开关电感支路是由第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3五个部件组成；所述第2开关电感支路是由第三电感L3、第四电感L4、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6 五个部件组成；第一二极管D1阳极同第二电感L2的一极、第一电容C1一极、功率开关管SW7集电极相连；第一二极管D1阴极同第二二极管D2阴极、第一电感L1一极相连；第二二极管D2阳极同第二电感L2的另一极、第三二极管D3阳极相连；第三二极管D3的阴极同第一电感L1的另一极、第二电容C2的一极、三相逆变桥的正端相连；第四二极管D4的阴极同第四电感L4的一极、第二电容的另一极、第三电容C3的另一极、直流电源V0的负极相连；第四二极管D4的阳极同第五二极管D5的阳极、第三电感L3的一极相连；第五二极管D5的阴极同第四电感L4的另一极、第六二极管D6的阴极相连；第六二极管D6的阳极同L3的另一极、第一电容C1的另一极、三相逆变桥的负端相连。

一种增强型高性能Z源逆变器的直通状态电压关系等效电路图如图2所示，直通时二极管反偏开路，逆变桥由于直通短路。Z源电感向电容储存能量。此时

一种增强型高性能Z源逆变器非直通状态的电压关系等效电路图如图3所示，非直通时，母线等效为电流源，直流电源向Z源网络储能，Z源网络向逆变环节输送电能。此时

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，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种增强型高性能Z源逆变器，包括直流电源、二极管D7、输入电容C3、开关管SW7、X型Z源网络及三相逆变器，其特征在于所述直流电源的正极同二极管D7的阳极相连；所述二极管D7的阴极同输入电容C3的一极、功率二极管SW7的发射极相连；直流电源的负极同输入电容C3的另一极、Z源网络相连；Z源网络串联于功率二极管SW7和三相逆变桥之间；所述电源的正极、所述二极管D7的正极、所述二极管D7的负极、所述开关管SW7、所述Z源网络及所述三箱逆变器依次链接。

2.如权利要求1所述的一种增强型高性能Z源逆变器，其特征在于所述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。

3.如权利要求2所述的一种增强型高性能Z源逆变器，其特征在于：所述第1 开关电感支路是由第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3五个部件组成；所述第2开关电感支路是由第三电感L3、第四电感L4、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6 五个部件组成；第一二极管D1阳极同第二电感L2的一极、第一电容C1一极、功率开关管SW7集电极相连；第一二极管D1阴极同第二二极管D2阴极、第一电感L1一极相连；第二二极管D2阳极同第二电感L2的另一极、第三二极管D3阳极相连；第三二极管D3的阴极同第一电感L1的另一极、第二电容C2的一极、三相逆变桥的正端相连；第四二极管D4的阴极同第四电感L4的一极、第二电容的另一极、第三电容C3的另一极、直流电源V0的负极相连；第四二极管D4的阳极同第五二极管D5的阳极、第三电感L3的一极相连；第五二极管D5的阴极同第四电感L4的另一极、第六二极管D6的阴极相连；第六二极管D6的阳极同L3的另一极、第一电容C1的另一极、三相逆变桥的负端相连。

4.如权利要求3所述的一种增强型高性能Z源逆变器，其特征在于所述第一电容C1与第二电容C2具有相同的电容量，所述第一电感单元（L1、L2）与第二电感单元中的电感元件（L3、L4）具有相同的电感量。

5.如权利要求4所述的一种增强型高性能Z源逆变器，其特征在于所述的功率二极管为IGBT或MOSFET。