改进型开关电感准Z源逆变器_邓凯

改进型Quasi-Z源逆变器汪成明;孙春霞;滕青芳【摘要】传统Quasi-Z源逆变器通过直通零矢量实现单级升降压,但随着输出电压的升高,电容电压越来越大,增加了对器件的要求.提出两种改进型Quasi-Z源逆变器拓扑,在保留传统Quasi-Z源逆变器优点的同时,具有以下特点:有效降低电容电压峰值及稳态电压;有效降低电路启动时电感电流峰值;有效降低器件要求,提高了系统可靠性.在理论研究的基础上,通过仿真结果验证了改进型Quasi-Z源逆变器的正确性和优越性.%With pass-through zero vectors,the tradition of Quasi-Z source inverter has only once power transformation and can boost/buck the input voltage.However,rising of output voltage,the capacitor voltage which increases requirements for devices is increasing.The two improved versions of Quasi-Z source topology were proposed.These methods reserve the advantages and boost ability of traditional Quasi-Z source inverter,and the capacitor voltage stress,steady-state voltage and the peak inductor current during startup are reduced greatly.So the device requirements are reduced greatly and thus can help to improve system reliability.Based on the theoretical analysis,the simulation result for improved versions of Quasi-Z source demonstrates the correctness and superiority of the improved topology.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2013(043)008【总页数】6页(P38-43)【关键词】Quasi-Z源逆变器;电路拓扑;升压能力;电容电压;电感电流【作者】汪成明;孙春霞;滕青芳【作者单位】兰州交通大学电子与信息工程学院,甘肃兰州730070;兰州交通大学电子与信息工程学院,甘肃兰州730070;兰州交通大学电子与信息工程学院,甘肃兰州730070【正文语种】中文【中图分类】TM4641 引言电压型逆变器广泛应用于功率变换技术中，但传统的电压型逆变器同一个桥臂的上下功率开关不能同时开通，否则会造成短路现象的发生，从而损坏逆变器，因此需在上下桥臂的开关信号之间加入死区时间，但死区时间的加入又会带来输出波形的畸变。

Vol.40, No.4Apr. 2021第40卷第4期2021年4月电工电能新技术Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy储能用宽范围输入改进型串联z 源逆变器阚志忠，姜春鹏，何 浩，徐菁远，张纯江（燕山大学电气工程学院，河北秦皇岛066004）摘要：针对储能用逆变器提出一种带有旁路开关的改进型串联Z 源拓扑，在电池电压较高时将Z源网络切除，保留原串联Z 源逆变器优势的同时，其降压模式工作特性与传统电压源逆变器相同,Z 源网络不产生损耗，且可实现能量双向流动。

首先对改进型串联Z 源逆变器的工作模态进行了 分析，推导了输入输出电压关系，并给出了 Z 源网络参数设计原则。

然后给出了一种输入电压前馈、电容电压反馈的直流链电压控制策略，最后通过仿真与实验证实了拓扑与控制策略的有效性。

关键词：逆变器；储能；Z 源；直流链电压控制DOI ： 10. 12067/ATEEE2005017文章编号：1003-3076（2021）04-0010-07 中图分类号：TM4641引言储能技术在发展新能源发电与建设智能电网中有着不可替代的重要作用，由于光伏和风力发电具有间歇性,对电网的稳定运行有比较大的影响，所以 在光伏和风力发电系统中一般需要配备储能装置［1，2］ o 储能装置中的核心单元就是连接电池和交流母线的逆变器接口电路，储能锂电池在充放电过 程中电池电压变化范围较大，所以储能逆变器的直 流输入侧应具有适应宽范围输入的特征。

传统逆变 器无法满足输入电压宽范围变化的要求，为此文献［3 ］在逆变器后级加入工频变压器，文献［4］在逆变器前级加入高频变压器和DC/AC 、AC/DC 变换器, 两种方案均可实现对储能电池电压的调节，但工频变压器体积庞大，而高频变压器系统结构、控制复杂。

为了适应储能电池宽电压变化范围的需求， DC/DC + DC/AC 的两级变换得到了广泛研究和应用［5-8］ ,DC/DC 变换器（一般为非隔离型）用于对电 池的升压，后级DC/AC 逆变器输出交流电,相比变 压器隔离型系统，其系统体积更小，但储能电池输出功率经过两级变换会导致损耗的增加。

式 中： Ｖ 刚为直 流 链 电压 ； Ｖ ｉ 为 输入 电压 ； Ｔ ｏ 为 直通零状态时 间 ； Ｔ为 开 关 周 期 ； Ｄ： ｏ／ Ｔ Ｔ为 直 通 占
基金项 目： 国家高技术研 究发展计￣ １ ｔ （ ８ ６ ３计划） ＿ 一 基于 ｚ源功率变 换 的光伏并网发电装置研究资助项 目（ ２ ０ ０ ８ ＡＡ ０ ５ Ｚ ４ ２ １ ） 。 作者简介 ： 尤望（ １ ９ ７ ５ 一） ， 男， 通信作者 ， 博士， 讲师 ， 主要研究方 向 ： 新 能 源 发 电技 术 、 电能 质量 监 测 与控 制 、 电 力 电 子 与 电 力 传动 。Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ｙ ｏ ｕ ｊ ｕ ｎ ＠ｓ ｅ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｅ ｎ ； 郑建 勇（ １ ９ ６ ６ －） ， 男， 教 授． 博士生导师 ， 主要 研 究 方 向 ： 电 力 电子 与 电 力 传 动 ； 刘 孝辉（ １ ９ ８ ７ 一） ， 男， 硕士研究 生 ， 主要研究 方 向： 电力 电子
统 的稳 定 性 ， 不 需要 大 的滤波 电容就 能 获得 稳 定 的
ｌ 常规 ｑ ｕ ａ ｓ ｉ － Ｚ源逆变器分析
光 伏 电流 输 出 ； 同时 ， 可 以降 低 器 件 的 应 力 并 减小 开关 纹波 ［ ３ ］ ： ｑ ｕ ａ ｓ ｉ — Ｚ源逆 变器 克 服 了传 统 Ｚ源 逆 变 器 的缺 点 ．适 用 于 所有 传 统 Ｚ源 逆 变 器 的应 用 领
与电力传动。
１ ． ２ ｑ ｕ ａ ｓ ｉ － Ｚ源逆 变器
与传 统 的 Ｚ源 逆 变 器 相 比 ， ｑ ｕ ａ ｓ ｉ — Ｚ源 逆 变 器
第 ６期
尤 望， 等： 开 关 电感 型 ｑ ｕ ａ ｓ ｉ — Ｚ源光 伏 逆 变 器 研 究

第３８卷第３期　２０１７年　６月　河南科技大学学报（自然科学版）　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｅｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　Ｖ０１．３８　ＮＯ．３　

Ｊｕｎ．　２０１７　

文章编号：１６７２—６８７１（２０１７）０３—００４５—０４　ＤＯＩ：１０．１５９２６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ１６７２—６８７１．２０１７．０３．０１０　

一种新型Ｚ源逆变器　陈晓，苏宏升　（兰州交通大学自动化与电气工程学院，甘肃兰州７３００７０）　

摘要：为了提高逆变器直流侧输出电压，提出了一种新型ｚ源逆变器。该拓扑结构将Ｚ源网络中的传统电感　用开关电感代替，并且将两个开关电感型准Ｚ源逆变器并联构成升压模块。讨论了该电路的工作原理，并用　ＭＡＴＬＡＢ软件进行仿真验证。仿真结果表明：该拓扑结构在较短的直通时间内升压能力更强，有效地减小了　ｚ源网络中一个电容的电压应力，达到预期设计的目的。　关键词：新型ｚ源逆变器；拓扑；升压能力；电容电压应力　中图分类号：ＴＭ４６４　文献标志码：Ａ　

０　引言　在风力和光伏发电系统中，由于外界环境等因素的影响，直流输入电压也在大范围内变化，给逆变　带来一定的困难，因此，需要输入电压可在大范围内变化的新型ｚ源逆变器。ｚ源逆变器与传统的电压　源逆变器相比，可利用其上下桥臂的直通实现升压功能，避免了传统逆变器中上下臂直通的死区问题，　广泛应用于光伏发电和燃料电池等直流电压波动比较大的场合　。　。但传统ｚ源逆变器仍存在升压能　力有限、输入电流断续、电容电压应力大和启动冲击大等问题。文献［４］提出了一种开关电感型ｚ源逆　变器，利用开关电感代替ｚ源网络中的电感，提高了逆变器的升压能力，但仍存在电容电压应力大的问　题。文献［５］在传统ｚ源网络中串接开关电容，直流侧电压利用率得到提高，但电容电压应力较大。文　献［６］提出改进型ｚ源逆变器，将ｚ源网络与逆变器的位置进行调换，有效地抑制了逆变器启动时的冲　击电流，稳态时电容电压也有所减小，但升压能力并没有提高。文献［７］将准ｚ源逆变器与ｚ源逆变器　进行串联，减少了电容电压应力，并且使输入电流连续，但升压因子并没有提高。文献［８］采用耦合电　感代替开关电感，减少了元器件个数，但变压器的漏感会对输出波形产生影响。文献［９］采用级联的方　式提高直流侧的升压能力，虽然升压能力得到提高，但过多的开关电感组数增加了电路的复杂程度。　针对以上问题，本文提出了一种新型ｚ源逆变器，用开关电感代替传统准ｚ源逆变器中的一个电　感，形成开关电感型准ｚ源逆变器，再将两个开关电感型准ｚ源逆变器并联。相比于准ｚ源逆变器，该　新型ｚ源逆变器拓扑结构具有以下优点：相同的直通占空比时升压因子较大，从而具有更高的升压能　力；逆变器的并联分压减少了一个电容的电压应力。