由电感器 Lc成为三相电网的C相电压Uc。本实用新型中采用的Z源三电平逆变器可以克服以下不足： (1)传统电压源变换器和电流源变换器只能升压或降压，导致输出电压范围有限；（2)上下 桥臂的短路或开路，从而使桥臂开关管被过流或过压击穿。Z源三电平逆变器及其拓扑结构 使桥臂直通成为一种正常工作状态，通过控制直通占空比，Z源三电平逆变器不仅可以实现 升压输出，而且由于直通不会引起功率器件的损坏，可以大大提高系统的可靠性，另外，控 制信号无需设置死区继而避免了死区效应。这种拓扑结构相比传统结构具有并网电流质量 高、系统效率高及成本低等优势。
[0026]图3示出了采用Z源三电平逆变器进行控制的具体方式，其中图3中&是指当最大 功率跟踪模块(MPPT)监测最高电压和电流值时，输出最大功率点电压u*pv，然后对将该最大 功率点电压11*0与所监测的电压Upv作比较所得到的结果输入到比例积分(PI)模块进行比 例积分控制，控制所得到的结果为11 8。图3中Ua和Ufi的计算步骤如下：
[0027] (1)通过第一坐标变换器按abc坐标向α/β坐标变换的方式来对逆变器输出三相电 流ia、ib、i c进行变换，以得到两相电流ia、?β。
[0028] (2)锁相环PLL通过对电网电压进行监控和检测，并且得到相位角Θ。
[0029] (3)将跨第一电容器Cl的电压Udc与输入电压u*dc作比较，将对该比较得到的结果 输入到比例积分模块(PI)进行比例积分控制所得到电流i*d和输入电流i*q与相位角Θ结 合，通过第二坐标变换器进行从abc坐标向α/β坐标的变换，并且得到电流:^和；^。
[0030] (4)对将电流i*a和i*e分别与ia和b作比较得到的结果输入到比例谐振模块(PR) 进行比例谐振控制，以得到结果Ua和Ue。这里需要说明的是，传统变换器电网电压定向的矢 量控制系统一般采用PI控制器控制的直流电压外环、电流内环的双闭环结构。其需要经过 多次坐标变换，并且需要前馈解耦控制，因而系统结构复杂，实现困难。造成控制结构复杂 的主要原因在于静止坐标中电流内环的指令信号是以基波频率ω。变化的正弦波信号，而 在静止坐标中若采用PI调节器无法实现对ζ和G的无静差跟踪控制。这里采用PR比例谐振 模块，其可以不经过复杂的交直流变换，而是直接控制交流量，来达到消除稳态误差的目 的。比例谐振模块包括比例调节器和谐振调节器，其传递函数为： C(.v)=~+人V/.s.: + (其在基波频率ω = ω 〇处增益无穷大，而在非基波频率处增益很 小，因此，PR谐振控制器可对频率ω = ω。的正弦信号实现无静差跟踪控制。
[0031 ]在进行电压控制时，将us、ua和U0输入到空间矢量脉宽调制（SVPmO模块，进行空 间矢量脉宽调制，输出SVPffM脉冲。将所得到的SVPffM脉冲分别输入至IjZ源三电平逆变器的各 个功率开关晶体管，从而使Z源三电平逆变器输出合适的三相电压。
[0032] 传统三电平变换器，无论工作于整流还是逆变状态，每个桥臂均有三个有效开关 状态（1，〇，-1)，而Z源三电平双向变流器需要引入直通状态，因此变换器需分两种情况讨 论:直通与非直通，其工作状态如下表1所示。
[0033] 表1单相桥臂开关状态及输出端电压
[0035] (1)当工作于非直通状态时，其等效电路如图5a所示，此时二极管Dl、D2导通，逆变 桥和负载可以等效为两个电流源。其中K1 = {1，若Sbl = Sb2 = l;0,若Sb2 = Sb3 = l;-l，若 Sb3 = Sb4 = I}，K2 = {1，若Sal = Sa2 = 1 ;0，若Sa2 = Sa3 = 1 ;_1，若Sa3 = Sa4 = 1}，其中开关 Sai和Sbi(i = l，2,3,4)，Sai和Sbi导通时为1，反之为0。中性点η保持动态电压平衡，Vcdl = 乂。(12 = 1](1(3/2，￥311、￥1311分别有3种电平1](1(3/2、0、-1](1(3/2，而￥313有5种电平-1](1(3/2、-1](1(3、0、 Udc、Udc/2,如表2所示，可以看出各开关管的耐压值为Udc/2,从而有效减小了各开关管的 电压应力。此时三电平双向AC/DC变换器的9种工作模式如图4所示；
[0036] 表2 Z源三电平逆变器非直通有效开关状态
[0039] (2)上直通状态。当变换器的某相桥臂的上面三相开关管同时导通时，变换器进入 上直通状态，此时二极管Dl因承受正向电压而导通，电容Cdcl中的能量转移到电感Ll中；二 极管D2承受反向电压而截止，等效电路如图5b所示；
[0040] (3)下直通状态。当变换器的某相桥臂的下面三相开关管同时导通时，变换器进入 下直通状态，此时二极管D2因承受正向电压而导通，电容Cdc2中的能量转移到电感L2中；二 极管Dl承受反向电压而截止，等效电路如图5c所示；
[0041] (4)全直通状态。当变换器某相桥臂的4个开关管同时导通时，变换器进入全直通 状态，此时二极管D1、D2都承受反向电压而截止，等效电路如图5d所示。
[0042] 为使Z源变换器输出电压Uo在两种直通状态下保持平衡，上、下直通时间应该保持 一致。
[0043] 本实用新型的实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对本实 用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域中工程技术 人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围， 本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
【主权项】
1. 一种Z源=电平逆变器，其与智能功率模块相连接，所述智能功率模块与永磁同步电 机相连接，所述Z源=电平逆变器包括分压电容器、第一二极管(Dl)、第二二极管(D2)、X形 阻抗网络W及双向变流器，其中，所述双向变流器采用半桥两桥臂二极管巧位=电平拓扑 结构。2. 根据权利要求1所述的Z源=电平逆变器，其特征在于:所述分压电容器包括串联连 接的第一分压电容器(Cdcl)和第二分压电容器(Cdc2)，太阳能电池板输出的直流电压经所述 分压电容器(Cdcl和Cdc2)分压后，通过所述第一二极管化1)和所述第二二极管化2)输入至所 述X形阻抗网络。3. 根据权利要求2所述的Z源=电平逆变器，其特征在于:所述X形阻抗网络包括第一电 感器化1)、第二电感器化2) W及第一电容器(C1)、第二电容器(C2)。4. 根据权利要求3所述的Z源=电平逆变器，其特征在于:所述双向变流器包括第一至 第八功率开关晶体管（Sal、Sa2、Sa3、Sa4、Sb 1、Sb2、Sb3、Sb4) W及第S至第六二极管(Da5、 Da6、Db5、Db6)。5. 根据权利要求4所述的Z源=电平逆变器，其特征在于:其中，所述第一二极管(Dl)的 阳极与所述分压电容器(Cdci)的正极连接，并且所述第一二极管(Dl)的阴极与所述X形阻抗 网络中的所述第一电感器化1)的一端W及所述第一电容器(Cl)的一端连接;所述第二二极 管(D2)的阴极与所述第二分压电容器(Cdc2)的负极和接地电压连接，并且所述第二二极管 (D2)的阳极与所述X形阻抗网络中的所述第二电感器化2)的一端和所述第二电容器(C2)的 一端连接;所述第一电感器化1)的另一端与所述第二电容器(C2)的另一端W及所述双向变 流器中的所述第一功率开关晶体管(Sal)的漏极和所述第五功率开关晶体管（Sbl)的漏极 连接，并且与所述智能功率模块的输入端连接;所述第二电感器化2)的另一端与所述第二 电容器(Cl)的另一端W及所述双向变流器中的所述第四功率开关晶体管(Sa4)的源极和所 述第八功率开关晶体管(Sb4)的源极连接。6. 根据权利要求5所述的Z源=电平逆变器，其特征在于：所述第一功率开关晶体管 (Sal)的源极连接所述第二功率开关晶体管（Sa2)的漏极W及所述第S二极管(Da5)的阴 极，所述第二功率开关晶体管(Sa2)的源极与所述第=功率开关晶体管（Sa3)的漏极连接并 且经由电感器化b)成为=相电网的B相电压，所述第=功率开关晶体管（Sa3)的源极连接所 述第四功率开关晶体管（Sa4)的漏极W及所述第四二极管(Da6)的阳极，其中，所述第四二 极管(Da6)的阴极和所述第=二极管(Da5)的阳极与参考电压连接，所述第五功率开关晶体 管(Sbl)的源极连接所述第六功率开关晶体管(Sb2)的漏极W及所述第五二极管(抓5)的阴 极，所述第六功率开关晶体管(Sb2)的源极与所述第屯功率开关晶体管(Sb3)的漏极连接并 且经由电感器(La)成为=相电网的A相电压，所述第屯功率开关晶体管（Sb3)的源极连接所 述第八功率开关晶体管(Sb4)的漏极W及所述第六二极管(抓6)的阳极，所述第八功率开关 晶体管（Sb4)的源极与所述X形阻抗网络中的所述电感器化2)的另一端W及所述第四功率 开关晶体管(Sa4)的源极连接，所述第六二极管(抓6)的阴极和所述第五二极管(抓5)的阳 极与参考电压连接，并且经由电感器化C)成为=相电网的C相电压。7. -种空调系统，其包括根据权利要求1-6中任一项所述的Z源=电平逆变器。8. 根据权利要求7所述的空调系统，其特征在于:所述空调系统还包括锁相环、与Z源= 电平逆变器连接的空间矢量脉宽调制模块和最大功率跟踪模块，所述空间矢量脉宽调制模 块与比例积分模块和比例谐振模块相连接。9. 根据权利要求8所述的空调系统，其特征在于:所述Z源=电平逆变器通过所述锁相 环与第二坐标变换器连接，所述Z源=电平逆变器通过第一坐标变换器、比较器和所述比例 谐振模块相连接。10. 根据权利要求8或9所述的空调系统，其特征在于:所述比例谐振模块包括比例调节 器和谐振调节器，其传递函数为：
【专利摘要】本实用新型公开一种Z源三电平逆变器，其与智能功率模块相连接，智能功率模块与永磁同步电机相连接，Z源三电平逆变器包括分压电容器、第一二极管D1、第二二极管D2、X形阻抗网络以及双向变流器，其中，双向变流器采用半桥两桥臂二极管箝位三电平拓扑结构。本实用新型可以实现低漏电流，高进网电流质量，整流可以实现提高耐压等级，降低交流谐波电压、电流，提高功率因数，此外，本实用新型结构简单，效率较高，具有较好的扰动抑制能力，可以消除输出电流中的稳态误差。
【IPC分类】H02M7/797
【公开号】CN205249078
【申请号】CN201520712947
【发明人】宋泽琳, 郭清风, 张有林
【申请人】珠海格力电器股份有限公司
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2015年9月15日