一种新型z源并网变流器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种变流器，特别涉及一种新型Z源并网变流器，属于电力电子变换 器技术领域。 技术背景
[0002] 电力电子变换器广泛应用于机车牵引、新能源发电、电机驱动等许多场合，为人类 生产并高效利用能源提供了条件。这些场合中常用的电力电子变换器为逆变器，即将直流 电转换为交流电。传统逆变电路拓扑可分为电压源型逆变电路和电流源型逆变电路，实际 应用中多为电压源型逆变电路。
[0003] 电压源型逆变电路由直流电压源和三相逆变桥组成，三相逆变桥每个桥臂由两个 全控型开关管串联组成，每个开关管反向并联一个二极管。其特点是：（1)输出交流侧电压 最大值不超过直流侧电压，本质上是一个降压逆变电路，不能输出高于直流侧电压值的交 流电压；（2)每相桥臂上下两个开关管不能同时导通，否则会造成直流侧短路，产生很大的 短路电流，损坏电源或逆变桥；（3)为避免同一个桥臂上下两个开关管发生直通，需加入死 区时间，导致输出波形发生畸变。
[0004] 逆变器正常工作时需要稳定的直流侧电压，而光伏、燃料电池等新能源发电中，直 流侧电压通常较低，且波动范围大，因此通常需在直流电源和三相逆变桥之间加入一级DC/ DC变换器，实现升压和稳定逆变桥直流侧电压功能。但两级结构造成系统效率较低，体积成 本增加。
[0005] 为解决上述问题，有学者提出一种Z源型逆变器，通过在直流电源和逆变桥之间 加入一个特殊的Z源网络，利用单级电路实现升降压变换，同时允许逆变桥同一桥臂上下 两个开关管直通，有效提高逆变器工作可靠性，消除传统逆变器中的死区，提高输出波形质 量，同时降低系统体积和成本。但是这种传统Z源逆变器也有它固有的缺点：（1)启动冲击 电流大；（2)Z源电容电压应力高；（3)轻载或Z源电感较小时，出现非正常工作状态；(4)无 法实现能量双向流动。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是针对传统Z源逆变器启动冲击电流大、电容电压应力高、存在非 正常工作状态和无法实现能量双向流动的问题，提供一种基于Z源网络的双向变流器。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008] -种新型Z源并网变流器，包括电池储能单元、Z源网络、全控型功率器件、三相逆 变桥和LC滤波电路；所述电池储能单元、Z源网络、三相逆变桥、LC滤波电路依次连接；具 体连接关系如下：
[0009] 电池储能单元正极连接Z源网络的输入端，Z源网络输出端连接三相逆变桥的正 端，三相逆变桥负端连接电池储能单元负极，Z源网络串联在电池储能单元和三相逆变桥 之间，其另外两个端口连接一个全控型功率器件，三相逆变桥输出通过LC滤波电路接入电 网。
[0010] 作为优选，所述电池储能单元由可充放电的蓄电池组成，可以是铅酸电池、锂离子 电池等。
[0011] 作为优选，所述Z源网络由两个等值电感Ll、L2和两个等值电容Cl、C2组成；两 个等值电容呈X形放置，两个等值电容之间不连接；所述等值电容C1正端连接等值电感L2 下端，C1负端连接L1上端；所述等值电容C2正端连接L2上端，C2负端连接L1下端。
[0012] 作为优选，所述全控型功率器件为带有反并联二极管的IGBTdnsulatedGate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管）模块S7,其发射极连接等值电容C2负端，集电 极连接等值电容C1正端。
[0013] 作为优选，所述三相逆变桥由三个桥臂组成；每个桥臂由两个全控型功率器件串 联组成；所述全控型功率器件为带有反并联二极管的IGBT模块。
[0014] 作为优选，所述三相逆变桥同一个桥臂上下两个IGBT模块可以同时导通。
[0015] 作为优选，所述LC滤波电路由三个等值电感和三个等值电容组成；所述三个等值 电感分别连接在三相逆变桥输出和电网之间；所述三个等值电容中，每个等值电容的一端 并联在一个等值电感和电网之间；每个等值电容另一端连接在一起组成公共端。
[0016] 有益效果
[0017] 与现有技术相比，本发明主要特点体现在：相较于传统单级结构的电压源型逆变 器，本Z源变流器可以实现升降压变换；允许逆变桥同一桥臂上下两个开关管直通，工作可 靠性更高；不需加入死区，输出波形畸变小。与传统Z源逆变器相比，本Z源变流器启动冲 击电流小；电容电压应力低；允许能量双向流动，电路结构简洁。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明所提出的新型Z源变流器拓扑结构图；
[0019] 图2为传统Z源逆变器启动电流通路示意图；
[0020] 图3为本变流器工作于PWM整流状态的直通模态图；
[0021] 图4为本变流器工作于PWM整流状态的非直通模态图；
[0022] 图5为本变流器工作于逆变状态的直通模态图；
[0023] 图6为本变流器工作于逆变状态的非直通模态图。
[0024] 具体实施技术
[0025] 下面将结合附图和实施例对本发明加以详细说明，同时也叙述了本发明技术方案 解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解， 而对其不起任何限定作用。 实施例
[0026] 图1是本发明一种新型Z源并网变流器的拓扑结构示意图，该变流器主要包括电 池储能单元、Z源网络、全控型功率器件、三相逆变桥和LC滤波电路。电池储能单元、Z源网 络、三相逆变桥、LC滤波电路依次连接，Z源网络串联在电池储能单元和三相逆变桥之间， 全控型功率器件连接于Z源网络另两个端口之间。
[0027] 具体的，电池储能单元由可充放电的蓄电池组成，可以是铅酸电池、锂离子电池 等。
[0028] 具体的，Z源网络由两个等值电感L1、L2和两个等值电容C1、C2组成，两个等值电 容呈X形放置，两个等值电容之间不连接。
[0029] 具体的，C1的负端连接电池储能单元正极和电感L1的上端，C1的正端连接电感 L2的下端。C2的正端连接电感L2的上端和三相逆变桥的正端，C2的负端连接电感L1的 下端。
[0030] 具体的，全控型功率器件为IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅 双极型晶体管）模块，IGBT模块带有反并联二极管，该IGBT模块用S7表示。S7的发射极 连接等值电容C2的负端，S7的集电极连接等值电容C1的正端。
[0031] 具体的，三相逆变桥由三个桥臂组成，每个桥臂由两个全控型功率器件串联组成， 所述全控型功率器件为IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体 管）模块，所述IGBT模块带有反并联二极管，三个桥臂的全控型功率器件依次用S1-S6表 不〇
[0032] 其中，三相逆变桥同一个桥臂上下两个IGBT模块可以同时导通。
[0033] 具体的，LC滤波电路由三个等值电感和三个等值电容组成。三相逆变桥每个桥臂 输出和电网之间连接一个等值电感。三个等值电容中，每个等值电容的一端并联在一个等 值电感和电网之间，三个等值电容另一端连接在一起组成公共端。
[0034] 本发明提出的一种新型Z源并网变流器和传统Z源逆变器升压方式相同，通过在 传统零状态中加入直通零状态来实现升降压功能，Z源输入侧电压与Z源输出侧电压和直 通零状态在一个周期中所占比例有关，通过控制直通占空比即可控制升降压倍数。由于直 通零状态处于传统零状态中，所以加入的直通零状态并不影响变流器输出结果。
[0035] 相比于传统Z源逆变器，本发明提出的Z源变流器具有启动冲击电流小，电容电压 应力低和允许能量双向流动的优点。传统Z源逆变器启动时存在如图2所示启动电流通路， 直流侧电源和Z源网络内两个等值电容直接串联，由于启动时等值电容电压为0,相当于直 流侧电源发生短路，电路中将流过很大的冲击电流。本发明提出的Z源变流器启动时不存 在上述串联通路，因此不存在过大的启动冲击电流。
【主权项】
1. 一种新型Z源并网变流器，其特征在于，包括电池储能单元、Z源网络、全控型功率器 件、三相逆变桥和LC滤波电路；电池储能单元、Z源网络、三相逆变桥、LC滤波电路依次连 接；具体连接关系如下： 电池储能单元正极连接Z源网络的输入端，Z源网络输出端连接三相逆变桥的正端，三 相逆变桥负端连接电池储能单元负极，Z源网络串联在电池储能单元和三相逆变桥之间，其 另外两个端口连接一个全控型功率器件，三相逆变桥输出通过LC滤波电路接入电网。
2. 根据权利要求1所述的一种新型Z源并网变流器，其特征在于：所述电池储能单元 由可充放电的蓄电池组成，可以是铅酸电池或锂离子电池。
3. 根据权利要求1所述的一种新型Z源并网变流器，其特征在于：所述Z源网络由两 个等值电感LI、L2和两个等值电容Cl、C2组成；两个等值电容呈X形放置，两个等值电容 之间不连接；Cl正端连接L2下端，Cl负端连接Ll上端，C2正端连接L2上端，C2负端连接 Ll下端。
4. 根据权利要求3所述的一种新型Z源并网变流器，其特征在于：所述全控型功率器 件为带有反并联二极管的IGBT模块S7,其发射极连接所述等值电容C2负端，集电极连接所 述等值电容Cl正端。
5. 根据权利要求1所述的一种新型Z源并网变流器，其特征在于：所述三相逆变桥由 三个桥臂组成；每个桥臂由两个全控型功率器件串联组成；所述全控型功率器件为带有反 并联二极管的IGBT模块。
6. 根据权利要求5所述的一种新型Z源并网变流器，其特征在于：所述三相逆变桥同 一个桥臂上下两个IGBT模块可以同时导通。
7. 根据权利要求1所述的一种新型Z源并网变流器，其特征在于：所述LC滤波电路由 三个等值电感和三个等值电容组成；所述三个等值电感分别连接在三相逆变桥输出和电网 之间；所述三个等值电容中，每个等值电容一端并联在一个等值电感和电网之间；每个等 值电容另一端连接在一起组成公共端。
【专利摘要】本发明涉及一种新型Z源并网变流器，属于电力电子变换器技术领域；包括电池储能单元、Z源网络、全控型功率器件、三相逆变桥和LC滤波电路，其中电池储能单元正极连接Z源网络的输入端，Z源网络输出端连接三相逆变桥的正端，三相逆变桥负端连接电池储能单元负极，Z源网络串联在电池储能单元和三相逆变桥之间，其另外两个端口连接一个全控型功率器件，三相逆变桥输出通过LC滤波电路接入电网。发明相较于传统单级结构的电压源型逆变器，可以实现升降压变换以及允许逆变桥同一桥臂上下两个开关管直通，工作可靠性更高，不需加入死区，输出波形畸变小；与传统Z源逆变器相比，启动冲击电流小，电容电压应力低，允许能量双向流动，电路结构简洁。
【IPC分类】H02M7-5387, H02J3-38
【公开号】CN104578881
【申请号】CN201510037253
【发明人】高志刚, 樊辉
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月23日