一种单相电压型阻抗源逆变器的制作方法

本发明属于逆变技术领域，具体涉及一种单相电压型阻抗源逆变器。

背景技术：

与传统电压型PWM逆变器相比，电压型阻抗源逆变器具有允许逆变桥臂直通、单级控制等优势。阻抗源逆变器在其被提出之初就被广泛应用于新能源发电、电动汽车等领域，为进一步提高系统可靠性和降低系统成本提供了一种新的思路。然而传统阻抗源逆变器尚存在诸多缺陷：1.升压能力不足，很难适应输入电压变化范围较大的场合，此外，较低的升压能力导致系统采用较大调制度，从而提高了逆变器桥臂和阻抗源网络电容的电压应力；2.当阻抗源逆变器前端采用不可控整流器时，变流装置的输入功率因数较低。因此，有必要设计一种高电压增益、高性能的单相电压型阻抗源逆变器。

技术实现要素：

针对背景技术所述的缺陷或不足，本发明提供了一种单相电压型阻抗源逆变器，该逆变器升压能力强，可靠性高。

一种单相电压型阻抗源逆变器，其特征在于，包括直流输入、阻抗源网络和单相四开关逆变桥臂。

所述直流输入为直流电源或经AC/DC整流后的直流端。

所述阻抗源网络包括电感L1、电感L2、电感L3、电容C1、电容C2、二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4；

二极管D1的阳极、二极管D2的阳极和电感L1的电流输出端相连在A点，二极管D1的阴极、电容C1的正极和电感L2的电流输入端相连在B点，二极管D2的阴极、二极管D3的阳极、二极管D4的阳极和电感L2的电流输出端相连在E点，二极管D3的阴极、电容C2的正极和电感L3的电流输入端相连在F点，二极管D4的阴极、电感L3的电流输出端和单相四开关逆变桥臂的公共阳极相连在G点，电容C1的负极、电容C2的负极和单相四开关逆变桥臂的公共阴极相连在M点。

所述单相四开关逆变桥臂包括有源开关S1、有源开关S2、有源开关S3和有源开关S4；

有源开关S1和有源开关S3串联组成的桥臂和有源开关S2和有源开关S4串联组成的桥臂并联，单相四开关逆变桥臂的公共阳极为G点、公共阴极为M点，交流输出端为有源开关S1和有源开关S3的中点H和有源开关S2和有源开关S4的中点K。

所述直流输入的正极和电感L1的电流输入端相连，直流输入的负极和M点相连。

阻抗源逆变器的工作状态包括直通和非直通两种状态；其中，单相电压型阻抗源逆变器处于直通状态时，二极管D1、D3关断，二极管D2、D4导通，单相四开关逆变桥臂相当于短路，此时，电感L1、L2、L3充电，电容C1、C2放电；单相电压型阻抗源逆变器处于非直通状态时，二极管D2、D4关断，二极管D1、D3导通，单相四开关逆变桥臂相当于电流源，此时，电感L1、L2、L3放电，电容C1、C2充电。

阻抗源逆变器处于直通状态时，回路电压方程为

阻抗源逆变器处于非直通状态时，回路电压方程为

其中，vi为单相四开关逆变桥臂的输入电压。

联合式(1)、式(2)，由一个开关周期内电感两端电压为零可得

其中，T为一个开关周期，T0为一个开关周期内单相电压型阻抗源逆变器处于直通状态的时间，T1为一个开关周期内单相电压型阻抗源逆变器处于非直通状态的时间，T0/T为单相电压型阻抗源逆变器的直通占空比d0。

所述VC1、VC2、vi可根据式(3)计算获得

所述vi为单相电压型阻抗源逆变器处于非直通状态时，单相四开关逆变桥臂的输入电压瞬时值，其平均值Viav可计算为

可见，单相四开关逆变桥臂的输入电压平均值实际上就是单相电压型阻抗源逆变器电容C2两端电压的稳态值。

单相电压型阻抗源逆变器的输出电压峰值可表示为

本发明与现有技术相比的益处在于：

(1)该逆变器和传统阻抗源逆变器相比具有更高的升压因子，适用于输入电压变化更大的场合；

(2)该逆变器和传统阻抗源逆变器相比具有更低的阻抗源网络电容电压应力和逆变桥臂电压应力，具有更高的可靠性；

(3)该逆变器处于直通状态时，输入电压直接加在阻抗源网络电感上，当采用不可控整流器的输出电压作为逆变器输入时，不可控整流器具有更高的输入功率因数。

附图说明

图1为本发明实例提供的单相电压型阻抗源逆变器拓扑结构图。

图2为本发明实例提供的单相电压型阻抗源逆变器处于直通状态时的等效电路。

图3为本发明实例提供的单相电压型阻抗源逆变器处于非直通状态时的等效电路。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种单相电压型阻抗源逆变器，包括直流输入、阻抗源网络和单相四开关逆变桥臂。

直流输入为直流电源或经AC/DC整流后的直流端。

阻抗源网络包括电感L1、电感L2、电感L3、电容C1、电容C2、二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4；

二极管D1的阳极、二极管D2的阳极和电感L1的电流输出端相连在A点，二极管D1的阴极、电容C1的正极和电感L2的电流输入端相连在B点，二极管D2的阴极、二极管D3的阳极、二极管D4的阳极和电感L2的电流输出端相连在E点，二极管D3的阴极、电容C2的正极和电感L3的电流输入端相连在F点，二极管D4的阴极、电感L3的电流输出端和单相四开关逆变桥臂的公共阳极相连在G点，电容C1的负极、电容C2的负极和单相四开关逆变桥臂的公共阴极相连在M点。

单相四开关逆变桥臂包括有源开关S1、有源开关S2、有源开关S3和有源开关S4；

有源开关S1和有源开关S3串联组成的桥臂和有源开关S2和有源开关S4串联组成的桥臂并联，单相四开关逆变桥臂的公共阳极为G点、公共阴极为M点，交流输出端为有源开关S1和有源开关S3的中点H和有源开关S2和有源开关S4的中点K。

直流输入的正极和电感L1的电流输入端相连，直流输入的负极和M点相连。

阻抗源逆变器的工作状态包括直通和非直通两种状态；其中，单相电压型阻抗源逆变器处于直通状态时，二极管D1、D3关断，二极管D2、D4导通，单相四开关逆变桥臂相当于短路，此时，电感L1、L2、L3充电，电容C1、C2放电，单相电压型阻抗源逆变器处于直通状态时的等效电路如图2所示；单相电压型阻抗源逆变器处于非直通状态时，二极管D2、D4关断，二极管D1、D3导通，单相四开关逆变桥臂相当于电流源，此时，电感L1、L2、L3放电，电容C1、C2充电，单相电压型阻抗源逆变器处于非直通状态时的等效电路如图3所示。

阻抗源逆变器处于直通状态时，回路电压方程为

阻抗源逆变器处于非直通状态时，回路电压方程为

其中，vi为单相四开关逆变桥臂的输入电压。

联合式(1)、式(2)，由一个开关周期内电感两端电压为零可得

其中，T为一个开关周期，T0为一个开关周期内单相电压型阻抗源逆变器处于直通状态的时间，T1为一个开关周期内单相电压型阻抗源逆变器处于非直通状态的时间，T0/T为单相电压型阻抗源逆变器的直通占空比d0。

所述VC1、VC2、vi可根据式(3)计算获得

vi为单相电压型阻抗源逆变器处于非直通状态时，单相四开关逆变桥臂的输入电压瞬时值，其平均值Viav可计算为

可见，单相四开关逆变桥臂的输入电压平均值实际上就是单相电压型阻抗源逆变器电容C2两端电压的稳态值。

单相电压型阻抗源逆变器的输出电压峰值可表示为