一种增强型双向Z源逆变器的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种增强型双向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源网络的升压能力。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种增强型双向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；消除非正常工作状态；解决了启动电流过大问题；同时使用全控开关管替代阻碍能量回馈的二极管，使其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：通过将开关电感技术引入高性能z源逆变器，使新拓扑同时具有高升压能力与消除非正常工作状态的能力。另外，本发明选择用全控开关管替代二极管，在保留了上述拓扑结构优点的同时，可实现能量的双向流动。

一种增强型双向z源逆变器，包括直流电压源、z源网络、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z源网络、全控开关管；其中所述z源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；所述第z源网络的第一电容(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源逆变器能够实现单级升压；不需要加入死区时间控制，能够消除传统逆变器死区时间带来的输出噪声；单桥臂直通成为常态，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，增强了升压能力，通过控制全控开关管通断消除了非正常工作状态，减小了逆变器体积；具有能量双向流动的能力。

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为一种增强型双向z源逆变器；

图2为非直通状态下增强型双向z源逆变器等效电路图；

图3为直通状态下增强型双向z源逆变器等效电路图。

具体实施方式

以下结合附图1对本发明增强型双向z源逆变器主电路做详细介绍：

本发明提出的增强型双向z源逆变器，包括直流电压源、z源网络、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z源网络、全控开关管；其中所述z源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；所述第z源网络的第一电容(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源网络的第一电容(c1)、第二电容(c2)的电压应力。

进一步的，所述的增强型双向z源逆变器，其特征在于：直流电压源(v0)的正极连于第七全控开关管(sw7)的发射极；第七全控开关管(sw7)的集电极同第一全控开关管(sw1)的发射极、第二电感(l2)的一端、第一电容(c1)的正端连接；第一全控开关管(sw1)的集电极同第二全控开关管(sw2)的集电极、第一电感(l1)的一端连接；第一电感(l1)的另一端同第三全控开关管(sw3)的集电极、第二电容(c2)的正端连接；第二电感(l2)的另一端同第二全控开关管(sw2)的发射极、第三全控开关管(sw3)的发射极连接；直流电压源(v0)的负极同第二电容(c2)的负端、第四全控开关管(sw4)的集电极、第四电感(l4)的一端连接；第四电感(l4)的另一端同第五全控开关管(sw5)的集电极、第六全控开关管(sw6)的集电极连接；第四全控开关管(sw4)的发射极同第五全控开关管(sw5)的发射极、第三电感(l3)的一端连接；第三电感(l3)的另一端同第六全控开关管(sw6)的发射极、第一电容(c1)的负端连接。

进一步的，所述增强型双向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z源网络的第二电容(c2)的正端；所述三相逆变桥下桥臂的三个开关管的发射极连于一起，连于z源网络第一电容(c1)的负端；三相逆变器的输出连接三相负载。

本发明提出的双向串联型高增益三电平z源逆变器的工作状态可分为非直通状态和直通状态，根据z源网络的对称性，取四个电感值相等，两个电容值相等，则有

逆变器工作在非直通状态下的等效电路图如图2所示，当逆变器工作在非直通状态时，开关电感等效为两电感串联。控制全控开关管sw7导通，根据电压关系得

当逆变器上下桥臂同时导通时，逆变器处于直通状态，其等效图如图3所示。此时开关电感等效为两电感并联，控制全控开关管sw7关断，根据电压关系得

设在一个开关周期t中，直通时间为t0，则非直通时间为(t-t0)。定义直通占空比d0=t0/t，则非直通占空比为(1-d0)。根据电感的伏秒平衡原理可得

整理可得

进而可得

式中：uc为电容电压，ul为电感电压，udc为直流侧电源电压，ui为直流链电压，b为逆变器升压因子，d0为直通占空比。

由式(20)可知，当d0<1/3时，增强型双向z源逆变器可实现升压功能，在此范围内与传统z源逆变器升压比相比有

因此，与传统z源逆变器相比增强型双向z源逆变器具有更强的升压比。

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。