一种准z源三电平t型逆变器及其svpwm调制方法
【专利摘要】本发明涉及一种准Z源三电平T型逆变器及其SVPWM调制方法，该拓扑具有准Z源网络三电平中点钳位(NPC)逆变器相同的升压特性，但是所用开关器件数目较少，效率较高。与三电平T型逆变器相比，本发明的拓扑不仅能够实现升/降压功能，而且允许上、下桥臂直通，可靠性明显增加，消除死区时间，防止波形畸变；与Z源三电平二极管钳位逆变器相比，输入端电流连续且纹波较小，输入端不必并联大电容排组；与准Z源两电平逆变器相比，输出电压有中点电位，因此和高频谐波小，所需的滤波器较小，开关频率可以降低，开关损耗较小；它采用SVPWM的方法对逆变器进行控制，采用同该方法可以减少开关次数，降低开关损耗，减少输出电压谐波含量。
【专利说明】-种准Z源三电平T型逆变器及其SVPWM调制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种准Z源三电平T型逆变器及其SVPWM调制方法。
【背景技术】
[0002] 随着分布式电源的迅速发展及其对效率要求的不断提升，提高电能质量、减少 谐波污染、提高发电系统的效率是分布式电源发展的关键问题。三电平逆变器相比于 传统的两电平逆变器具有谐波少、耐压高、开关应力小、电磁干扰（Electro Magnetic Interference, EMI)少等优点已经在分布式电源及微电网领域得到广泛应用。然而对于燃 料电池、光伏电池等分布式电源的输出电压并不是恒定的，无法实现较宽直流电压范围的 变流功能和得到较高的交流输出电压。为了满足直流母线较宽的电压范围，研究人员加入 了 DC/DC变换器，即采用两级结构。然而此变换器不仅需要较多的功率器件，在工作过程中 还产生大量的开关损耗，降低系统效率。为了减少因 DC/DC变换器引起的开关损耗对系统 效率的影响，采用Z源网络的两电平逆变器是一种理想的选择。
[0003] Z源两电平逆变器在光伏逆变器、储能、电动汽车、燃料电池等新能源领域应用广 泛。但是随着分布式电源的迅速发展，提高电能质量和功率等级等要求备受关注。Z源多 电平逆变器可以解决上述问题。而Z源三电平中点钳位（neutral point clamped,NPC)逆 变器在光伏逆变器、风力发电机、燃料电池等可再生能源得到广泛的应用，它由一个独立的 直流电源、两个直流侧分压电容、一个Z源网络和一个三电平NPC逆变电路组成。Z源网络 的引入使直通成为一种正常的工作状态，通过控制直通占空比，Z源三电平NPC逆变器可以 实现升压功能，而且不用控制死区时间，防止逆变波形畸变。桥臂直通不会引起功率器件的 损坏，可靠性明显增加。因此，Z源三电平NPC逆变器相对于传统三电平NPC逆变器优势明 显，前景十分广阔。
[0004] Z源三电平二极管钳位逆变器虽然具有升/降压功能，但是存在以下不足：
[0005] Z源网络输入端电流断续，输入端需并联大电容进行滤波；电容电压应力较大。虽 然所有的升压电路中电容电压应力都较大，但是两个高电压等级的电容成本较高，电容之 间的串联系统成本和故障率增加。因此，具有连续输入电流准Z源三电平二极管钳位逆变 器提了出来，由于阻抗源网络输入端电感L1的平波作用，输入端电流连续且纹波较小，因 此输入端不必并联大电容排组。
[0006] 但是，准Z源三电平NPC逆变器需要无源器件太多，会产生大量的功率损耗，这样 会造成系统的效率低。效率和电能质量是保证可再生能源和微电网可靠、稳定、经济运行的 保障。
[0007] 因此，研究一种效率和电能质量最优的拓扑结构至关重要。而对于三电平T型逆 变器，效率和电能质量相对于Z源三电平NPC和Z源两电平逆变器都较好，但是对于燃料电 池、光伏电池等分布式电源的输出电压输出不恒定，无法实现宽输出电压，而且由于死区的 原因导致谐波很大。
【发明内容】
[0008] 为了解决上述问题，本发明提出了一种准Z源三电平T型逆变器及其SVPWM调制 方法，准Z源三电平T型逆变器的直流储能电容C1和C4的电压应力下降非常明显，减少了 电容的串联个数，从而大大地减少硬件成本和故障率，采用SVPWM调制方法，该方法不但可 以灵活的实现开关状态的组合，还具有降低开关损耗和谐波畸变小、直流电压利用率高等 优点。
[0009] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0010] 一种准Z源三电平T型逆变器，包括并联的三相桥臂，每相桥臂包括两个串联的 IGBT管，各相桥臂的中点一侧串联两个方向不同的IGBT管，另一侧经滤波器与电阻连接； 在并联的各桥臂输入端连接准Z源网络后接入输入电压源；准Z源中两个电容连接处连接 各相桥臂的两个方向不同IGBT管的一端，各个IGBT管均由控制电路驱动。
[0011] 所述准z源网络包括四个电感和电容，电压源正极连接一个电感后串联二极管和 电感后连接一相桥臂，所述桥臂与二极管的输入端之间连接有一个电容；电压源负极连接 电感后反接一个二极管和电感后连接另一相桥臂，所述桥臂与二极管的输入端之间连接有 一个电容；两个二极管的输出端之间串联有两个电容，两个电容的连接中点连接第三相桥 臂。
[0012] 所述滤波器为LC滤波电路，且其中的电容公共端接地。
[0013] 所述控制电路包括保护电路、驱动电路、采样调理电路，采样调理电路连接DSP模 块，DSP模块与保护电路双向通信，DSP模块连接驱动电路，驱动电路输出PWM信号驱动桥臂 中IGBT管的开通与关断。
[0014] 所述采样调理电路采集输入电压源的直流电压、直流电流、Z源网络电容电压以及 滤波器输出的三相电压值大小。
[0015] 一种基于上述准Z源三电平T型逆变器的SVPWM调制方法，具体包括以下步骤：
[0016] (1)将三电平转化成两电平的SVPWM，在SVPWM的基础上计算出每相桥臂的状态转 换时间；
[0017] (2)对每相桥臂的状态转换时间进行调整，得到最终PWM信号。
[0018] 所述步骤（1)的具体方法为：首先按照表1的修正关系将三电平参考矢量转化成 两电平的参考矢量；其中
【权利要求】
1. 一种准Z源三电平T型逆变器，其特征是：包括并联的三相桥臂，每相桥臂包括两个 串联的IGBT管，各相桥臂的中点一侧串联两个方向不同的IGBT管，另一侧经滤波器与电阻 连接；在并联的各桥臂输入端连接准Ζ源网络后接入输入电压源；准Ζ源中两个电容连接 处连接各相桥臂的两个方向不同IGBT管的一端，各个IGBT管均由控制电路驱动。
2. 如权利要求1所述的一种准Z源三电平T型逆变器，其特征是：所述准Z源网络包 括四个电感和电容，电压源正极连接一个电感后串联二极管和电感后连接一相桥臂，所述 桥臂与二极管的输入端之间连接有一个电容；电压源负极连接电感后反接一个二极管和电 感后连接另一相桥臂，所述桥臂与二极管的输入端之间连接有一个电容；两个二极管的输 出端之间串联有两个电容，两个电容的连接中点连接第三相桥臂。
3. 如权利要求1所述的一种准Z源三电平T型逆变器，其特征是：所述滤波器为LC滤 波电路，且其中的电容公共端接地。
4. 如权利要求1所述的一种准Z源三电平T型逆变器，其特征是：所述控制电路包括 保护电路、驱动电路、采样调理电路，采样调理电路连接DSP模块，DSP模块与保护电路双向 通信，DSP模块连接驱动电路，驱动电路输出PWM信号驱动桥臂中IGBT管的开通与关断。
5. 如权利要求4所述的一种准Z源三电平T型逆变器，其特征是：所述采样调理电路 采集输入电压源的直流电压、直流电流、Z源网络电容电压以及滤波器输出的三相电压值大 小。
6. -种基于权利要求1-5中任一项所述的准Z源三电平T型逆变器的SVPWM调制方 法，其特征是：具体包括以下步骤： (1) 将三电平转化成两电平的SVPWM，在SVPWM的基础上计算出每相桥臂的状态转换时 间； (2) 对每相桥臂的状态转换时间进行调整，得到最终PWM信号。
7. 如权利要求6所述的SVPWM调制方法，其特征是：所述步骤⑴的具体方法为：首先 按照表1的修正关系将三电平参考矢量转化成两电平的参考矢量；其彳
为转 化成两电平的电压参考矢量
为三电平的电压参考矢量：
%为输入电压， 表1参考电压的修正关系
然后在两电平SVPWM算法的基础上计算出每相桥臂的状态转换时间为Tu，Tv，Tw : 其中
一个 开关周期时间。
8. 如权利要求6所述的SVPWM调制方法，其特征是：所述步骤（2)的具体方法为：选择 开关状态转换最少的桥臂产生直通，在任意时刻，对状态转换时间的Tmax，即1，T v，Tw中的 最大值，增加 ?；的上直通时间，同时对状态转换时间的Tmin，即Tu，Tv，Tw中的最小值，减少 TQ的下直通时间，?；为设定时间，保持状态转换时间的Tmid，即1，Tv，Tw中的中间值不变， 得到Z源三电平T型逆变器所需要的直通占空比，最后将得到的PWM信号送到驱动电路。
9. 如权利要求8所述的SVPWM调制方法，其特征是：所述步骤⑵中调整后三相开通 时间 Tmax'、Tmid'、Tmin' 分别为：
【文档编号】H02M7/5395GK104092399SQ201410345757
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】张承慧, 邢相洋, 陈阿莲 申请人:山东大学