一种混合开关电感高输出电压增益Z源逆变器的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种混合开关电感高输出电压增益z源逆变器

背景技术：

新能源发电系统中，为把较低输入的直流电逆变为可用的交流电，通常采用两级式逆变结构，即先采用dc/dc变换器把不稳定的低电压变为稳定的高电压，再通过dc/ac逆变器进行逆变并网或者直接供给负载。但该种结构体积比较庞大，效率不高，dc/dc变换器的加入使得整体电路设计以及控制算法变得复杂，且逆变级不允许出现上下桥臂发生直通现象。为解决上述问题彭方正教授提出了z源逆变器，这种逆变器省去了直流升压环节，把升压和逆变耦合在一起，利用逆变器中的零矢量来完成升压操作，克服了传统电压型逆变器不允许出现直通现象，电流源逆变器不允许出现开路现象，从而提高了电路工作的可靠性，降低了应用成本。但传统z源逆变器存在升压能力不足，输入电流不连续等缺点，因此对z源逆变器的拓扑进行改进和拓展是非常有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服现有技术存在的不足，提出一种混合开关电感高输出电压增益z源逆变器。具体技术实施方案如下：

一种混合开关电感高输出电压增益z源逆变器包括输入电压源单元、开关型z源网络单元、三相逆变器单元以及三相交流负载单元。所述输入电压源单元包括直流电压源vin、电感l1、电容c1、二极管d1、d2、d3；所述开关型z源网络单元包括上开关电感单元，由电感l2、l3，电容c2、c3以及二极管d6构成，其连接方式为：电感l3串联电容c2一端并和二极管d6阴极相连，电感l2串联电容c3一端并和二极管d6阳极相连，其余端并联；下准开关电感单元，由电感l4、l5，二极管d4、d5以及电容c6构成，其连接方式为：电感l4一端和电容c6负极、二极管d5阳极相连，电感l5一端和电容c6阳极、二极管d4阴极相连，其余端并联。所述电容c1、c2、c3、c4、c5、c6均为极性电容，所述电容c2、c3容值相等，所述电感l2、l3感值相等，所述电感l4、l5感值相等。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)与传统z源逆变器相比，本发明具有更高的升压比，通过采用不对称的开关电感单元替代传统z源网络中的两个电感，一方面减少总体电感需求量，进而减小了系统体积，另一方面开关电感的使用极大的提升了电路的升压能力。

(2)与传统z源逆变器相比，本发明具有输入电流连续，电流纹波小等特点，适用于燃料电池、光伏发电等一类新能源系统中，从而拓宽了其应用范围。

(3)本发明中，所述电容c1、c2、c3、c4、c5、c6均为极性电容，与传统z源逆变器在相同的升压情况下，电容c4、c5的电压应力要更小。

附图说明

图1为传统z源三相逆变器结构图；

图2为本发明混合开关电感高输出电压增益z源逆变器；

图3a为本发明混合开关电感高输出电压增益z源逆变器在直通状态下的等效电路图；

图3b为本发明混合开关电感高输出电压增益z源逆变器在非直通状态下的等效电路图；

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本发明做进一步详细描述。

为便于理论分析和公式推导，未特别说明，本发明电路结构中所有器件均为理想器件。如图2所示，一种混合开关电感高输出电压增益z源逆变器，其组成为输入电压源vin、电容c1、二极管d1、d2、d3，z源网络、上开关电感单元、下准开关电感单元、三相逆变器以及三相交流负载。本实施例中设定电容c1电压为vc1、电容c2电压为vc2、电容c3电压为vc3、电容c4电压为vc4、电容c5电压为vc5、电容c6电压为vc6。如图3a和图3b所示，图中的虚线箭头指明系统中的功率流向，在一个开关周期内，本实例变换器有两种工作模态，分别为直通状态和非直通阶段，具体如下所述：

直通状态，如图3a所示，逆变桥处于直通状态，二极管d1、d3由于电容c4电压的作用而反向截至，输入电压源vin对电感l1充电并且通过二极管d2给电容c1充电；上开关电感单元：电容c2、c3、c4放电，其电能转存在电感l2、l3中；下准开关电感单元：电容c5放电，一部分通过二极管d5、d4给电感l4、l5充电，另一部分通过二极管d4、d5给电容c6充电，各电容电压极性状态在图中已标明。

此模态有如下电压关系：

vl1＝vin-vc1

vc4＝vl2-vc3＝-vc2+vl3

vc5＝vl4＝vl5＝vc6

非直通状态，如图3b所示，稳态时，交流侧可以用一个等效的电流源i1来替代，此时输入电压源vin和电感l1共同向后级z源网络放电。二极管d2由于电容c1电压的作用反向截止导通，电容c1通过二极管d3放电；上开关电感单元：电感l2放电，并通过二极管d6给电容c2充电，电感l3放电，并通过二极管d6给电容c3充电，前级电源给电容c5充电；下准开关电感单元：二极管d4、d5由于电容c6的作用而截至导通，此时电感l4、l5，电容c6放电，前级电源给电容c4充电，各电容电压极性状态在图中已标明。

此模态有如下电压关系：

vc1＝vl1+vin

vl2＝vc2；vl3＝vc3

vc5＝vc1+vl2+vl3

vc4＝vc1+vl5+vc6+vl4

设直通占空比为d，则非直通占空比为1-d，对电感l1、l2和l4运用伏秒平衡原理可得：

(vin-vc1)d＝(vc1-vin)(1-d)

(vc4+vc3)d＝(vc5-vc1-vl3)(1-d)

vc5d＝(vc4-vc1-vl5-vc6)(1-d)

上开关单元电感、电容呈对称状态，有vc2＝vc3下准开关单元电感呈对称状态，因此有vl4＝vl5

联立以上各式可得：

vc1＝vin

可得直流链电压：则本发明逆变器电路的升压因子(boostfactor)b为：对应的交流侧输出电压增益系数：g＝bm(m为调制比)。

综上所述，本发明实例提出一种混合开关电感高输出电压增益z源逆变器，无需dc/dc变换器，控制简单；相比较于传统z源逆变器及其衍生开关型z源逆变器，该发明具有输入电压源输出电流连续的特点，并且在相同输入电压、相同直通占空比情况下，该结构具有更高的升压能力，因此本发明电路在新能源应用场合下具有很广泛的应用前景。