一种准Z源三电平T型逆变器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种准Z源三电平T型逆变器，该拓扑具有准Z源网络三电平中点钳位(NPC)逆变器相同的升压特性，但是所用开关器件数目较少，效率较高。与三电平T型逆变器相比，本实用新型专利技术的拓扑不仅能够实现升/降压功能，而且允许上、下桥臂直通，可靠性明显增加，消除死区时间，防止波形畸变；与Z源三电平二极管钳位逆变器相比，输入端电流连续且纹波较小，输入端不必并联大电容排组；与准Z源两电平逆变器相比，输出电压有中点电位，因此和高频谐波小，所需的滤波器较小，开关频率可以降低，开关损耗较小；它采用SVPWM的方法对逆变器进行控制，采用同该方法可以减少开关次数，降低开关损耗，减少输出电压谐波含量。

【技术实现步骤摘要】
-种准Z源三电平T型逆变器
本技术涉及一种准Ζ源三电平Τ型逆变器。
技术介绍
随着分布式电源的迅速发展及其对效率要求的不断提升，提高电能质量、减少 谐波污染、提高发电系统的效率是分布式电源发展的关键问题。三电平逆变器相比于 传统的两电平逆变器具有谐波少、耐压高、开关应力小、电磁干扰（Electro Magnetic Interference, EMI)少等优点已经在分布式电源及微电网领域得到广泛应用。然而对于燃 料电池、光伏电池等分布式电源的输出电压并不是恒定的，无法实现较宽直流电压范围的 变流功能和得到较高的交流输出电压。为了满足直流母线较宽的电压范围，研究人员加入 了 DC/DC变换器，即采用两级结构。然而此变换器不仅需要较多的功率器件，在工作过程中 还产生大量的开关损耗，降低系统效率。为了减少因 DC/DC变换器引起的开关损耗对系统 效率的影响，采用Z源网络的两电平逆变器是一种理想的选择。 Z源两电平逆变器在光伏逆变器、储能、电动汽车、燃料电池等新能源领域应用广 泛。但是随着分布式电源的迅速发展，提高电能质量和功率等级等要求备受关注。Z源多 电平逆变器可以解决上述问题。而Z源三电平中点钳位（neutral point clamped,NPC)逆 变器在光伏逆变器、风力发电机、燃料电池等可再生能源得到广泛的应用，它由一个独立的 直流电源、两个直流侧分压电容、一个Z源网络和一个三电平NPC逆变电路组成。Z源网络 的引入使直通成为一种正常的工作状态，通过控制直通占空比，Z源三电平NPC逆变器可以 实现升压功能，而且不用控制死区时间，防止逆变波形畸变。桥臂直通不会引起功率器件的 损坏，可靠性明显增加。因此，Z源三电平NPC逆变器相对于传统三电平NPC逆变器优势明 显，前景十分广阔。 Z源三电平二极管钳位逆变器虽然具有升/降压功能，但是存在以下不足： Z源网络输入端电流断续，输入端需并联大电容进行滤波；电容电压应力较大。虽 然所有的升压电路中电容电压应力都较大，但是两个高电压等级的电容成本较高，电容之 间的串联系统成本和故障率增加。因此，具有连续输入电流准Z源三电平二极管钳位逆变 器提了出来，由于阻抗源网络输入端电感L1的平波作用，输入端电流连续且纹波较小，因 此输入端不必并联大电容排组。 但是，准Z源三电平NPC逆变器需要无源器件太多，会产生大量的功率损耗，这样 会造成系统的效率低。效率和电能质量是保证可再生能源和微电网可靠、稳定、经济运行的 保障。 因此，研究一种效率和电能质量最优的拓扑结构至关重要。而对于三电平T型逆 变器，效率和电能质量相对于Z源三电平NPC和Z源两电平逆变器都较好，但是对于燃料电 池、光伏电池等分布式电源的输出电压输出不恒定，无法实现宽输出电压，而且由于死区的 原因导致谐波很大。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提出了一种准Z源三电平T型逆变器，准Z源三电 平T型逆变器的直流储能电容C1和C4的电压应力下降非常明显，减少了电容的串联个数， 从而大大地减少硬件成本和故障率，采用SVPWM调制方法，该方法不但可以灵活的实现开 关状态的组合，还具有降低开关损耗和谐波畸变小、直流电压利用率高等优点。 为实现上述目的，本技术采用如下技术方案： 一种准Z源三电平T型逆变器，包括并联的三相桥臂，每相桥臂包括两个串联的 IGBT管，各相桥臂的中点一侧串联两个方向不同的IGBT管，另一侧经滤波器与电阻连接； 在并联的各桥臂输入端连接准Z源网络后接入输入电压源；准Z源中两个电容连接处连接 各相桥臂的两个方向不同IGBT管的一端，各个IGBT管均由控制电路驱动。 所述准z源网络包括四个电感和电容，电压源正极连接一个电感后串联二极管和 电感后连接一相桥臂，所述桥臂与二极管的输入端之间连接有一个电容；电压源负极连接 电感后反接一个二极管和电感后连接另一相桥臂，所述桥臂与二极管的输入端之间连接有 一个电容；两个二极管的输出端之间串联有两个电容，两个电容的连接中点连接第三相桥 臂。 所述滤波器为LC滤波电路，且其中的电容公共端接地。 所述控制电路包括保护电路、驱动电路、采样调理电路，采样调理电路连接DSP模 块，DSP模块与保护电路双向通信，DSP模块连接驱动电路，驱动电路输出PWM信号驱动桥臂 中IGBT管的开通与关断。 所述采样调理电路采集输入电压源的直流电压、直流电流、Z源网络电容电压以及 滤波器输出的三相电压值大小。 本技术的有益效果是： 1、相对于三电平T型逆变器，准Z源三电平T型逆变器不仅可以实现升压，而且由 于直通不会引起功率器件的损坏，可靠性明显增加，消除死区时间，防止波形畸变； 2、和准Z源两电平逆变器相比，Z源三电平T型逆变器输出电压有中点电位，因此 和高频谐波小，所需的滤波器较小，由于三电平比两电平更接近正弦波，因此开关频率可以 降低，开关损耗较小； 3、和Z源三电平T型逆变器相比，准Z源三电平T型逆变器由于阻抗源网络输入 端电感L1的平波作用，输入端电流连续且纹波较小，因此输入端不必并联大电容排组。 4、和准Z源三电平NPC逆变器相比，准Z源三电平T型逆变器减少了元器件数量， 导通损耗更低，效率更高； 5、具有高功率、波形质量好等优点，在光伏发电系统、风力发电系统、燃料电池等 可再生能源领域前景广泛。 【附图说明】 图1为本技术系统结构图； 图2 (a)为非直通状态下准Z源三电平T型逆变器UaO = Vin/2状态示意图； 图2(b)为非直通状态下准Z源三电平T型逆变器因此UaO = 0状态示意图； 图2 (c)为非直通状态下准Z源三电平T型逆变器UaO = -Vin/2状态示意图； 图3a为准Z源三电平T型逆变器处于非直通状态下等效电路图； 图3b为准Ζ源三电平Τ型逆变器处于上直通状态下等效电路图； 图3c为准Z源三电平T型逆变器处于下直通状态下等效电路图； 图3d为准Z源三电平T型逆变器处于全直通下状态等效电路图。 图4a为准Z源三电平的空间矢量图； 图4b三电平转化成两电平的开通时间图； 图5为采用SVPWM的调制方法实现准Z源三电平T型逆变器升压和逆变控制； 图6为准Z源三电平T型逆变器在直通情况下和非直通情况下的运行波形； 图7 (a)为SVPWM控制下直通时间T0 = 0的波形； 图7 (b)为SVPWM控制下直通时间T0 = 0· 1的波形； 图8 (a)为准Z源三电平T型逆变器和Z源三电平NPC逆变器在非直通的运行波 形； 图8 (b)为准Z源三电平T型逆变器和Z源三电平NPC逆变器在上、下直通情况下 的运行波形； 图9为准Z源三电平NPC逆变器结构图； 图10为准Z源三电平T型逆变器的控制电路图。 【具体实施方式】 下面结合附图与实施例对本技术做进一步说明。 如图1所示，一种准Z源三电平T型逆变器，包括并联的三相桥臂，每相桥臂包括 两个串联的IGBT管，各相桥臂的中点一侧串联两个方向不同的IGBT管，另一侧经滤波器与 电阻连接；在并联的各桥本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种准Z源三电平T型逆变器，其特征是：包括并联的三相桥臂，每相桥臂包括两个串联的IGBT管，各相桥臂的中点一侧串联两个方向不同的IGBT管，另一侧经滤波器与电阻连接；在并联的各桥臂输入端连接准Z源网络后接入输入电压源；准Z源中两个电容连接处连接各相桥臂的两个方向不同IGBT管的一端，各个IGBT管均由控制电路驱动。

【技术特征摘要】
1. 一种准Z源三电平T型逆变器，其特征是：包括并联的三相桥臂，每相桥臂包括两个 串联的IGBT管，各相桥臂的中点一侧串联两个方向不同的IGBT管，另一侧经滤波器与电阻 连接；在并联的各桥臂输入端连接准Ζ源网络后接入输入电压源；准Ζ源中两个电容连接 处连接各相桥臂的两个方向不同IGBT管的一端，各个IGBT管均由控制电路驱动。2. 如权利要求1所述的一种准Z源三电平T型逆变器，其特征是：所述准Z源网络包 括四个电感和电容，电压源正极连接一个电感后串联二极管和电感后连接一相桥臂，所述 桥臂与二极管的输入端之间连接有一个电容；电压源负极连接电感后反接一个二极管和电 感后连接另一相桥臂，所述桥臂与二极管的输入端之间连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：张承慧，邢相洋，陈阿莲，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东;37