提高z源三电平中点钳位式逆变器输出电压的装置及方法
【专利摘要】一种提高Z源三电平中点钳位式逆变器输出电压的装置及方法，包括第一直流电源和第二直流电源，第一直流电源的正极同第一二极管的正极相电连接，所述的第一二极管的负极和第一直流电源的负极同带有第一开关电感和第二开关电感的第一Z源网络相电连接，第二直流电源的正极同第二二极管的正极相电连接，所述的第二二极管的负极和第二直流电源的负极同带有第三开关电感和第四开关电感的第二Z源网络相电连接，第一Z源网络和第二Z源网络均同三电平NPC逆变电路相电连接，三电平NPC逆变电路同三相电的A相、B相和C相相电连接。这样的结构结合其方法避免了现有技术中现在还没有可靠有效的提高Z源三电平逆变器的输出电压的方法的缺陷。
【专利说明】提高Z源三电平中点钳位式逆变器输出电压的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于点钳位式逆变器【技术领域】，具体涉及一种提高Z源三电平中点钳位式逆变器的输出电压的的装置及方法。
【背景技术】
[0002]多电平逆变器具有耐压水平高、转换功率大、开关损耗小、输出谐波含量低的优点，但多电平逆变器通常为降压型逆变器，为提高系统输出的电压需要增加前级回路，造成系统损耗增加控制难度增大。Z源中点钳位逆变器将特性应用到三电平逆变器中，能有效提高三电平逆变器的输出电压。理论上Z源网络的范围能达到无穷大，但由于直通占空比D与调制度M存在相互制约的关系，当系统要求很高时会造成调制度M过小，影响系统的稳定性。但是现在还没有可靠有效的提高Z源三电平逆变器的输出电压的方法。
【发明内容】
[0003]本发明的目的提供一种提高Z源三电平中点钳位式逆变器输出电压的装置及方法，包括第一直流电源和第二直流电源，第一直流电源的正极同第一二极管的正极相电连接，所述的第一二极管的负极和第一直流电源的负极同带有第一开关电感和第二开关电感的第一 Z源网络相电连接，第二直流电源的正极同第二二极管的正极相电连接，所述的第二二极管的负极和第二直流电源的负极同带有第三开关电感和第四开关电感的第二Z源网络相电连接，第一 Z源网络和第二 Z源网络均同三电平NPC逆变电路相电连接，三电平NPC逆变电路同三相电的A相、B相和C相相电连接。这样的结构结合其方法避免了现有技术中现在还没有可靠有效的提高Z源三电平逆变器的输出电压的方法的缺陷。
[0004]为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种提高Z源三电平中点钳位式逆变器的输出电压的方法的解决方案，具体如下:
[0005]一种提高Z源三电平中点钳位式逆变器的输出电压的装置，包括第一直流电源Udcl和第二直流电源Ude2，第一直流电源Udcl的正极同第一二极管Din的正极相电连接，所述的第一二极管Din的负极和第一直流电源Udcl的负极同带有第一开关电感和第二开关电感的第一 Z源网络相电连接，第二直流电源Ude2的正极同第二二极管0'^的正极相电连接，所述的第二二极管D'in的负极和第二直流电源Udc2的负极同带有第三开关电感和第四开关电感的第二 Z源网络相电连接，第一 Z源网络和第二 Z源网络均同三电平NPC逆变电路相电连接，三电平NPC逆变电路同A相负载、B相负载和C相负载相电连接。
[0006]所述的第一 Z源网络包括第一电容C1和第二电容C2,所述的第一电容C1的一极同第一电感L1的一极、第一二极管Din的负极以及第三二极管D1的正极相电连接，第一电感L1的另一极同第四二极管D2的正极以及第五二极管D3的正极相电连接，第四二极管D2的负极同第三二极管D1的负极以及第二电感L2的一极相电连接，所述的第五二极管D3的负极同第二电容C2的一极以及第二电感L2的另一极相电连接，第一电感L1、第二电感L2、第三二极管D1、第四二极管D2以及第五二极管D3构成了第一开关电感；所述的第一电容C1的另一极同第三电感L3的一极以及第六二极管队的正极相电连接，所述的第六二极管D4的负极同第七二极管D5的负极以及第四电感L4的一极相电连接，所述的第七二极管D5的正极同第八二极管队的正极以及第三电感L3的另一极相电连接，所述的第八二极管D6的负极同第二电容C2的另一极、第一直流电源Udca的负极以及第四电感L4的另一极相电连接，第三电感L3、第四电感L4、第六二极管D4、第七二极管D5以及第八二极管D6构成了第二开关电感。
[0007]所述的第二 Z源网络包括第三电容C’ !和第四电容C’ 2，所述的第三电容
[0008]C’ !的一极同第五电感L’ !的一极、第二二极管D’ in的负极以及第九二极管D’ !的正极相电连接，第五电感L’!的另一极同第十二极管D’ 2的正极以及第十一二极管D’ 3的正极相电连接，第十二极管D’2的负极同第九二极管D’!的负极以及第六电感L’2的一极相电连接，所述的第十一二极管D’ 3的负极同第四电容C’ 2的一极以及第六电感L’ 2的另一极相电连接，第五电感L’ 1、第六电感L’ 2、第九二极管D’ 1、第十二极管D’ 2以及第十一二极管D’ 3构成了第三开关电感；所述的第三电容C’i的另一极同第七电感L’3的一极以及第十二二极管D’4的正极相电连接，所述的第十二二极管D’4的负极同第十三二极管D’5的负极以及第八电感L’ 4的一极相电连接，所述的第十三二极管D’ 5的正极同第十四二极管
[0009]D’6的正极以及第七电感L’3的另一极相电连接，所述的第十四二极管D’6的负极同第四电容C’ 2的另一极、第二直流电源Udc2的负极以及第八电感L’ 4的另一极相电连接，第七电感L’ 3、第八电感L’ 4、第十二二极管D’ 4、第十三二极管D’ 5以及第十四二极管D’ 6构成了第四开关电感。
[0010]所述的三电平NPC逆变电路包括相互并联的第一三电平NPC逆变分电路、第二三电平NPC逆变分电路以及第三三电平NPC逆变分电路，其中第一三电平NPC逆变分电路包括第一开关管Tai，第一开关管Tai的集电极同第十七二极管17的负极相电连接，第一开关管Tai的发射极同第十五二极管15的负极、第十八二极管18的负极、第二开关管Ta2的集电极以及第十七二极管17的正极相电连接，第二开关管Ta2的发射极同第十八二极管18的正极、第三开关管Ta3的集电极、第十九二极管19的负极以及A相负载相电连接，第三开关管Ta3的发射极同第十九二极管19的正极、第四开关管Ta4的集电极、第二十二极管20的负极以及第十六二极管16的正极相电连接，第四开关管Ta4的发射极同第二十二极管20的正极相电连接；第二三电平NPC逆变分电路包括第五开关管Tbi，第五开关管Tbi的集电极同第二十三二极管23的负极相电连接，第五开关管Tbi的发射极同第二十一二极管21的负极、第二十四二极管24的负极、第六开关管Tb2的集电极以及第二十三二极管23的正极相电连接，第六开关管Tb2的发射极同第二十四二极管24的正极、第七开关管Tb3的集电极、第二十五二极管19的负极以及B相负载相电连接，第七开关管Tb3的发射极同第二十五二极管25的正极、第八开关管Tb4的集电极、第二十六二极管26的负极以及第二十二二极管22的正极相电连接，第八开关管Tb4的发射极同第二十六二极管26的正极相电连接；第三三电平NPC逆变分电路包括第九开关管Ta，第九开关管Ta的集电极同第二十九二极管29的负极相电连接，第九开关管Ta的发射极同第二十七二极管27的负极、第三十二极管30的负极、第十开关管的集电极以及第二十九二极管29的正极相电连接，第十开关管Tk的发射极同第三十二极管30的正极、第十一开关管Ira的集电极、第三十一二极管31的负极以及C相负载相电连接，第十一开关管Tra的发射极同第三十一二极管31的正极、第十二开关管Tw的 集电极、第三十二二极管32的负极以及第二十八二极管28的正极相电连接，第十二开关管Tw的发射极同第三十二二极管32的正极相电连接；所述的第一开关管Tai的集电极、第五开关管Tbi的集电极以及第九开关管Ta的集电极同所述的第二电容C2的一极相电连接；所述的第四开关管Ta4的集电极、第八开关管Tb4的集电极以及第十二开关管Tc4的集电极同所述的第三电容C、的一极相电连接；所述的第十一二极管0’3的负极和第六二极管D4的正极同第十五二极管15的正极、第十六二极管16的负极、第二十一二极管21的正极、第二十二二极管22的负极、第二十七二极管27的正极以及第二十八二极管28的负极相电连接。
[0011]所述的第一电感L1的电感值、第二电感L2的电感值、第三电感L3的电感值、第四电感L4的电感值、第五电感L’ ι的电感值、第六电感L’ 2的电感值、第七电感L’ 3的电感值以及第八电感L’ 4的电感值均为L，L为大于零的实数，所述的第一电容C1的电容值、第二电容C2的电容值、第三电容C’ I的电容值和第四电容C’ 2的电容值均为C，C为大于零的实数，所述的第一直流电源Udcl的电压值和第二直流电源Udc2的电压值均为Udc, Udc为实数，这样就能满足如下的公式组(I)的条件:
【权利要求】
1.一种提高Z源三电平中点钳位式逆变器的输出电压的装置，其特征在于包括第一直流电源和第二直流电源，第一直流电源的正极同第一二极管的正极相电连接，所述的第一二极管的负极和第一直流电源的负极同带有第一开关电感和第二开关电感的第一 Z源网络相电连接，第二直流电源的正极同第二二极管的正极相电连接，所述的第二二极管的负极和第二直流电源的负极同带有第三开关电感和第四开关电感的第二Z源网络相电连接，第一 Z源网络和第二 Z源网络均同三电平NPC逆变电路相电连接，三电平NPC逆变电路同A相负载、B相负载和C相负载相电连接。
2.根据权利要求2所述的提高Z源三电平中点钳位式逆变器的输出电压的装置，其特征在于所述的第一 Z源网络包括第一电容和第二电容，所述的第一电容的一极同第一电感的一极、第一二极管的负极以及第三二极管的正极相电连接，第一电感的另一极同第四二极管的正极以及第五二极管的正极相电连接，第四二极管的负极同第三二极管的负极以及第二电感的一极相电连接，所述的第五二极管的负极同第二电容的一极以及第二电感的另一极相电连接，第一电感、第二电感、第三二极管、第四二极管以及第五二极管构成了第一开关电感；所述的第一电容的另一极同第三电感的一极以及第六二极管的正极相电连接，所述的第六二极管的负极同第七二极管的负极以及第四电感的一极相电连接，所述的第七二极管的正极同第八二极管的正极以及第三电感的另一极相电连接，所述的第八二极管的负极同第二电容的另一极、第一直流电源的负极以及第四电感的另一极相电连接，第三电感、第四电感、第六二极管、第七二极管以及第八二极管构成了第二开关电感。
3.根据权利 要求2所述的提高Z源三电平中点钳位式逆变器的输出电压的装置，其特征在于所述的第二 Z源网络包括第三电容和第四电容，所述的第三电容的一极同第五电感的一极、第二二极管的负极以及第九二极管的正极相电连接，第五电感的另一极同第十二极管的正极以及第十一二极管的正极相电连接，第十二极管的负极同第九二极管的负极以及第六电感的一极相电连接，所述的第十一二极管的负极同第四电容的一极以及第六电感的另一极相电连接，第五电感、第六电感、第九二极管、第十二极管以及第十一二极管构成了第三开关电感；所述的第三电容的另一极同第七电感的一极以及第十二二极管的正极相电连接，所述的第十二二极管的负极同第十三二极管的负极以及第八电感的一极相电连接，所述的第十三二极管的正极同第十四二极管的正极以及第七电感的另一极相电连接，所述的第十四二极管的负极同第四电容的另一极、第二直流电源的负极以及第八电感的另一极相电连接，第七电感、第八电感、第十二二极管、第十三二极管以及第十四二极管构成了第四开关电感。
4.根据权利要求3所述的提高Z源三电平中点钳位式逆变器的输出电压的装置，其特征在于所述的三电平NPC逆变电路包括相互并联的第一三电平NPC逆变分电路、第二三电平NPC逆变分电路以及第三三电平NPC逆变分电路，其中第一三电平NPC逆变分电路包括第一开关管，第一开关管的集电极同第十七二极管的负极相电连接，第一开关管的发射极同第十五二极管的负极、第十八二极管的负极、第二开关管的集电极以及第十七二极管的正极相电连接，第二开关管的发射极同第十八二极管的正极、第三开关管的集电极、第十九二极管的负极以及A相负载相电连接，第三开关管的发射极同第十九二极管的正极、第四开关管的集电极、第二十二极管的负极以及第十六二极管的正极相电连接，第四开关管Ta4的发射极同第二十二极管的正极相电连接；第二三电平NPC逆变分电路包括第五开关管，第五开关管的集电极同第二十三二极管的负极相电连接，第五开关管的发射极同第二十一二极管的负极、第二十四二极管的负极、第六开关管的集电极以及第二十三二极管的正极相电连接，第六开关管的发射极同第二十四二极管的正极、第七开关管的集电极、第二十五二极管的负极以及B相负载相电连接，第七开关管的发射极同第二十五二极管的正极、第八开关管的集电极、第二十六二极管的负极以及第二十二二极管的正极相电连接，第八开关管的发射极同第二十六二极管的正极相电连接；第三三电平NPC逆变分电路包括第九开关管，第九开关管的集电极同第二十九二极管的负极相电连接，第九开关管的发射极同第二十七二极管的负极、第三十二极管的负极、第十开关管的集电极以及第二十九二极管的正极相电连接，第十开关管的发射极同第三十二极管的正极、第十一开关管的集电极、第三十一二极管的负极以及C相负载相电连接，第十一开关管的发射极同第三十一二极管的正极、第十二开关管的集电极、第三十二二极管的负极以及第二十八二极管的正极相电连接，第十二开关管的发射极同第三十二二极管的正极相电连接；所述的第一开关管的集电极、第五开关管的集电极以及第九开关管的集电极同所述的第二电容的一极相电连接；所述的第四开关管的集电极、第八开关管的集电极以及第十二开关管的集电极同所述的第三电容的一极相电连接；所述的第十 一二极管的负极和第六二极管的正极同第十五二极管的正极、第十六二极管的负极、第二十一二极管的正极、第二十二二极管的负极、第二十七二极管的正极以及第二十八二极管的负极相电连接。
5.根据权利要求4所述的提高Z源三电平中点钳位式逆变器的输出电压的装置，其特征在于所述的第一电感L1的电感值、第二电感L2的电感值、第三电感的电感值、第四电感的电感值、第五电感的电感值、第六电感的电感值、第七电感的电感值以及第八电感的电感值均为L，L为大于零的实数，所述的第一电容C1的电容值、第二电容C2的电容值、第三电容C’ ι的电容值和第四电容C%的电容值均为C，C为大于零的实数，所述的第一直流电源的电压值和第二直流电源的电压值均为udc;，ud。为实数，这样就能满足如下的公式组(I)的条件:
6.根据权利要求5所述所述的提高Z源三电平中点钳位式逆变器的输出电压的装置的提高输出电压的方法，其特征在于如下所示: 当在第一二极管和第二二极管分别导通第一直流电源和第二直流电源的条件下，在一个开关周期内，在第一开关管和第二开关管为导通状态而第三开关管和第四开关管为关断状态下，针对A相负载的输出电压就处于非直通+1状态；在第二开关管和第三开关管为导通状态而第一开关管和第四开关管为关断状态下，针对A相负载的输出电压就处于非直通O状态；在第一开关管和第二开关管为关断状态而第三开关管和第四开关管为导通状态下，针对A相负载的输出电压就处于非直通-1状态； 当在第一二极管和第二二极管分别导通第一直流电源和第二直流电源的条件下，在一个开关周期内，在第五开关管和第六开关管为导通状态而第七开关管和第八开关管为关断状态下，针对B相负载的输出电压就处于非直通+1状态；在第六开关管和第七开关管为导通状态而第五开关管和第八开关管为关断状态下，针对B相负载的输出电压就处于非直通O状态；在第五开关管和第六开关管为关断状态而第七开关管和第八开关管为导通状态下，针对B相负载的输出电压就处于非直通-1状态； 当在第一二极管和第二二极管分别导通第一直流电源和第二直流电源的条件下，在一个开关周期内，在第九开关管和第十开关管为导通状态而第十一开关管和第十二开关管为关断状态下，针对C相负载的输出电压就处于非直通+1状态；在第十开关管和第十一开关管为导通状态而第九开关管Ta和第十二开关管为关断状态下，针对C相负载的输出电压就处于非直通O状态；在第九开关管和第十开关管为关断状态而第十一开关管和第十二开关管为导通状态下，针对C相负载的输出电压就处于非直通-1状态； 这样当在第一二极管和第二二极管分别导通第一直流电源和第二直流电源的条件下，在一个开关周期内，也就满足了如公式(2)组内的条件:
【文档编号】H02M7/487GK104038089SQ201410193818
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】宋奇吼, 叶云飞, 陈莉, 杨飏, 童岩峰, 戴丽君 申请人:南京铁道职业技术学院