一种高升压增益准z源逆变器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力电子变换器，尤其是涉及一种高升压增益准Z源逆变器。
【背景技术】
[0002] 随着能源的日益短缺、环境污染严重，清洁能源越来越受到人们的关注，如风力发 电、光伏发电等等，在业界内得到了飞速地发展。然而，由于部分清洁能源如风力发电、光伏 发电的输出电压会受到自然环境条件的变化的影响，针对上述问题，需要在逆变电路前加 入一级DC-DC变换电路。这种结构会造成电路成本增加，转换效率下降等等问题。为了解 决这一问题，彭方正教授提出了一种Z源逆变器。
[0003] Z源逆变器将DC-DC变换电路与DC-AC变换电路耦合在一起，并且引入了直通零矢 量的概念，使得逆变桥上下桥臂可以同时导通，增加了电路的安全性。因此Z源逆变器克服 了传统逆变器的限制，提高了能源转换效率和电路可靠性、降低电路成本。上述优良特性使 得Z源逆变器在清洁能源领域有着广泛的发展前景。
[0004] 然而，Z源逆变器同样存在不足，如Z源逆变器器件电压应力较高、升压能力不足 等等。因此，对Z源逆变器拓扑的改进是非常有必要的。
[0005] 准Z源逆变器电路拓扑由Z源逆变器拓扑发展而来，是近几年来提出的一类新型 电路拓扑，由于其具有诸多优点，在光伏、燃料电池等可再生能源发电领域具有重要的研究 价值与广阔的应用前景。准Z源逆变器通过对Z源逆变器拓扑进行微小改动从而克服了后 者的不足，同时保留Z源逆变器所有优点，在并网应用中能满足更高的要求，然而准Z源逆 变器的升压能力通常通过逆变器的调制来实现，而调制策略何控制系统设计较为复杂、成 本高、升压能力有限，因此器件电压应力降低的程度有限。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种升压能力强、升 压比可调、器件电压应力小的高升压增益准Z源逆变器。
[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008] -种高升压增益准Z源逆变器，包括直流电源Vin、准Z源升压网络和三相逆变器， 其特征在于，所述的准Z源升压网络包括抽头电感、第一二极管D 1、第一电容C1、第二电容C2 和开关电感组，所述的抽头电感包括第一绕组L11和第二绕组L 12，所述的直流电源Vin的正 极与第一绕组L11的一端连接，所述的第一绕组L η的另一端分别与第二绕组L 12的一端、第 二电容(：2负端连接，所述的第二绕组L 12的另一端与第一二极管D i的阳极连接，所述的第 一二极管D1的阴极分别与第一电容C i正端、开关电感组的一端连接，所述的开关电感组的 另一端分别与第二电容C2正端、三相逆变器的正端连接，所述的第一电容C i负端分别与三 相逆变器的负端、直流电源Vin的负极连接；在三相逆变器直通状态下，所述的第二电容C 2 给抽头电感充电，第一电容C1给开关电感组充电，在三相逆变器非直通状态下，所述的抽头 电感给第一电容C 1充电，开关电感组给第二电容C 2充电，从而提高准Z源逆变器升压能力， 降低第一电容C1、第二电容C2及开关电感组电压应力。
[0009] 所述的开关电感组包括第二开关电感L2、第三电感L3、第三电容C 3、第二二极管D2 以及第三二极管D3，所述的第一电容C1的正端分别与第二二极管D2的阳极、第二开关电感 L2的一端连接，所述的第二二极管D 2的阴极分别与第三电容C 3的正端、第三电感L 3的一端 连接，所述的第三电容C3的负端分别与第二开关电感L 2的另一端、第三二极管D 3的阳极连 接，第三二极管D3的阴极分别与三相逆变器的正端、第三电感L 3的另一端以及第二电容C 2 的正端连接。
[0010] 所述的第一电容C1、第二电容C2和第三电容C 3为极性电容。
[0011] 所述的第一电容C1、第二电容C2和第三电容C 3的电容值相等。
[0012] 所述的第二开关电感L2、第三电感L3的电感值相等。
[0013] 所述的三相逆变器为三相逆变桥。
[0014] 所述的抽头电感和三相逆变器满足：d〈lA2N+3)，其中三相逆变器的开关周期为 T，处于直通状态的时间为T。，直通占空比为d = η/Γ,Ν = N2M为抽头电感N2绕组的匝数 与抽头电感N1绕组匝数比。
[0015] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0016] (1)与传统电压源逆变器相比，本发明的高升压增益准Z源逆变器采用单级式结 构，降低电路体积与成本；直通零矢量可以允许逆变桥上下桥臂同时导通，提高电路安全 性。
[0017] (2)本发明的高升压增益准Z源逆变器对电压型准Z源逆变器进行改进，将两个单 一电感分别替换为抽头电感和开关电感组，开关电感可以提高升压能力，而通过抽头电感 引入匝比，可增加匝比进一步提高升压能力，从而在具有高升压增益的同时，降低了器件电 压应力。
[0018] (3)第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3采用极性电容，且电容值相等，便于理 论分析，同时可以使得第一电容C 1和第三电容C3两端电压相等，起到同时降低第一电容(^、 第二电容C2和第三电容C 3电压应力的作用。
[0019] (4)第二开关电感L2、第三电感L3的电感值相等，使得在直通状态下第二开关电感 L2、第三电感L3两端电压与第一电容C i和第三电容C 3两端电压相等，起到降低第二开关电 感L2和第三电感L 3电压应力的作用。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的高升压增益准Z源逆变器的电路结构图；
[0021] 图2(a)为本发明的高升压增益准Z源逆变器在直通状态下的等效电路图；
[0022] 图2(b)为本发明的高升压增益准Z源逆变器在非直通状态下的等效电路图；
[0023] 图3(a)为本发明的高升压增益准Z源逆变器在匝比为1时的仿真结果；
[0024] 图3(b)为本发明的高升压增益准Z源逆变器在匝比为2时的仿真结果。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案 为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。
[0026] 实施例
[0027] 如图1所示，本发明高升压增益准Z源逆变器包括直流电源Vin、高升压增益准Z 源升压网络和三相逆变桥组成的三相逆变器。所述高升压增益准Z源升压网络是由抽头电 感、开关电感组、第一电容C1、第二电容C 2以及第一二极管D i组成。所述的抽头电感由N 1 绕组L11以及N 2绕组L 12连接而成，所述开关电感组是由第二开关电感L 2、第三电感L3、第三 电容C3、第二二极管D2以及第三二极管D 3组成。第一电容C i、第二电容C2以及第三电容C3 为极性电容，且电容值相等，便于理论分析，同时可以使得第一电容C1和第三电容C3两端电 压相等，起到同时降低第一电容C 1和第三电容C 3电压应力的作用；第二开关电感L 2、第三 电感L3的电感值相等，使得在直通状态下第二开关电感L 2、第三电感L3两端电压与第一电 容C1和第三电容C 3两端电压相等，起到同时降低第二开关电感L 2和第三电感L 3电压应力 的作用。
[0028] 直流电源Vin的正极连接于抽头电感N i绕组L η的一端；抽头电感N i绕组L η的另 一端与抽头电感N2绕组L 12的一端、第二电容C2的负端连接；抽头电感N2绕组L 12的另一 端与第一二极管D1的阳极连接；第一二极管D i的阴极与第一电容C i的正端、第二二极管D 2 的阳极以及第二开关电感L2的一端连接；第一电容C i的负端与直流电源V ιη的负极、三相 逆变桥的负端连接；第二二极管D2的阴极与第三电容C 3的正端、第三电感L 3的一段连接； 第三电容(：3的负端与第二开关电感L 2的另一端、第三二极管D 3的阳极连接；第三二极管D 3 的阴极与三相逆变桥的正端、第三电感L3的另一端以及第二电容C2的正端连接。
[0029] 本实施例逆变器工作原理：在一个开关周期内，工作状态可分为直通状态和非直 通状态。设逆变器的开关周期为T，处于直通状态的时间为τ。，直通占空比为d = iVT。令 C1= C2= C3= C，L2= L3= L0