一种高升压倍数的直通物理分离型Z源逆变器，涉及Z源逆变器，包括直流电压源、第一阻断二极管和第二阻断二极管、Z源阻抗网络、以及三相逆变桥，Z源阻抗网络由第一电感、第二电感和第一电容、第二电容组成X形结构，其特征在于还包括全控开关器件、大电容和功率二极管，第二电容的负极与全控开关器件的集电极并接于功率二极管的阳极，全控开关器件的发射极与直流电源的负极相连，功率二极管的阴极与三相逆变桥的正极输入端相连，大电容与三相逆变桥并联，电容的正极和负极分别与三相逆变桥的正极输入端和负极输入端对应连接。本发明专利技术升压因子和逆变因子之间无耦合关系，直通占空比独立控制，实际可实现的升压倍数高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及Z源逆变器，属于电力电子变换装置，详细讲是一种升压因子和逆变因子之间无耦合关系，高升压倍数的直通物理分离型Z源逆变器。
技术介绍
文献(F.Z. Peng, Z-source inverter, IEEE Trans. Ind. Appl., 2003,39(2): 504- 510)提出了原始Z源逆变器，其结构如附图I所示，通过在直流电源与逆变桥之间加入一个X形阻抗网络，改善了逆变器的性能，它相比传统的电压源和电流源逆变器，具有如下优良特性(1)同时具备升压和降压的能力，升压与降压的倍数由升压因子和逆变因子共同决定；(2)在SVPWM控制算法中允许加入直通矢量，消除了死区，提高了输出波 形的正弦度。但是原始Z源逆变器存在下列缺陷1、实际可插入的直通矢量不能多于一个开关周期中的零矢量，导致实际可实现的升压倍数非常有限。2、升压因子和逆变因子之间存在相互依赖关系，两者此消彼长，红字改为不能同时升高，降低了控制策略的灵活性。具体而言，原始Z源逆变器存在如下缺陷a源逆变器的升压是通过加入直通矢量来完成，其升压倍数与所加入的直通矢量百分比有关，直通占空比越大升压倍数越大。为了保证逆变输出波形不受影响，直通矢量只能插入到SVPWM中零矢量的部分，因此最大的直通占空比不能超过零矢量在一个开关周期中的百分比，因此实际可实现的升压倍数是非常有限的。逆变因子越大，一个开关周期中的零矢量越少，且直通矢量只能用零矢量代替，而直通矢量又决定着升压因子，因此逆变因子和升压因子相互依赖，呈耦合关系。目前还没有任何文献对上述原始Z源逆变器存在的两方面缺陷提出解决方案。文献(Chandana Jayampathi Gajanayake, Fang Lin Luo , Hoay Beng Gooi, et al.Extended-Boost Z-Source Inverters IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS,2010，25 (10) : 2642-2654)对原始Z源逆变器进行改进，提出了电容辅助升压和二极管辅助升压型Z源逆变器,提高了升压因子。文献(Ding Li, Feng Gao, Poh Chiang Loh, et al.Hybrid-Source Impedance Networks: Layouts and Generalized Cascading Concepts.IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, 2011，26 (7) : 2028-2040)提出了 Z 源阻抗网络级联的概念，通过增加拓扑结构的复杂度能很大程度上提高升压因子。但是这两种对原始Z源逆变器的改进都需要增加大量额外的功率器件，并且这两种改进都仍然没有解除升压因子和逆变因子之间的耦合关系，没有突破直通矢量比必须少于零矢量的局限性，实际可实现的升压倍数还是非常有限的。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种升压因子和逆变因子之间无耦合关系，直通占空比独立控制，实际可实现的升压倍数高的直通物理分离型Z源逆变器。本专利技术解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是一种高升压倍数的直通物理分离型Z源逆变器，包括直流电压源(DC)、第一阻断二极管(Dl)和第二阻断二极管(D2)、Z源阻抗网络、以及三相逆变桥，Z源阻抗网络由第一电感(LI)、第二电感(L2)和第一电容(Cl)、第二电容(C2)组成X形结构，其特征在于还包括全控开关器件(iST-IGBT)、大电容(ultra_C)和功率二极管(D_S);直流电源(DC)的正极与第一阻断二极管(Dl)的阳极相连，第一阻断二极管(Dl)的阴极与Z源阻抗网络中第一电感(LI)的一端以及第一电容(Cl)的正极相连，第二阻断二极管(D2)的阴极与第一电感(LI)的另一端以及第二电容(C2)的正极相连，第一电容(Cl)、第二电容(C2)的负极分别与第二电感(L2)的两端连接，同时第一电容(Cl)的负极还与第二阻断二极管(D2)的阴极相连，第二电容(C2)的负极还与全控开关器件(iST-IGBT)的集电极并接于功率二极管(D_S)的阳极，全控开关器件(iST-IGBT)的发射极与直流电源(DC)的负极相连，功率二极管(D_S)的阴极与三相逆变桥的正极输入端相连，大电容(ultra_C)与三相逆变桥并联,大电容(ultra_C)的正极和负极分别与三相逆变桥的正极输入端和负极输入端对应连接，三相逆变桥的负极输入端连接到直流电源(DC)的负极。全控开关器件iST-IGBT可以单独控制Z源的直通占空比(isolatedShoot-Through)，所以这个IGBT称为iST-IGBT。大电容ultra_C用于平缓加入直通占空比后所导致的母线电压波动，同时提供释放瞬间大电流的能力，称这个电容为大电容ultra_C。功率二极管的加入是为了避免直通时大电容(ultra_C)通过全控开关器件(iST-IGBT)·放电，这个功率二极管主要起到分隔全控开关器件(iST-IGBT)和大电容(ultra_C)的作用，称这个功率二极管为D_S (Diode _Seperate)。全控开关器件(iST-IGBT)实现Z源直通矢量的分离独立控制，突破了 SVPWM控制算法中直通占空比必须少于零矢量的局限性。本专利技术提出的直通物理分离型Z源逆变器的工作原理和工作过程如下当全控开关器件(iST-IGBT)导通时，直流源(DC)与Z源网络共地，同时全控开关器件(iST-IGBT)给直流电源(DC)和Z源阻抗网络的两个电感提供了闭合回路，直流电源(DC)给两个电感充电，储存电能的电感可以当做等效直流源。当全控开关器件(iST-IGBT)断开时，直流电源(DC)与三相逆变桥共地，直流电源(DC)和电感等效直流源同时向三相逆变桥负载供电，其输出电压等于直流电源(DC)和电感等效直流源电压之和，输出电压高于直流电源(DC)电压，从而实现升压功能。直通物理分离型Z源逆变器(iST-ZSI)拓扑结构中已经将直通矢量的控制从物理结构上分离出来，全控开关器件(iST-IGBT)的直通占空比可以独立的在0 — 50%之间根据实际需要来灵活调整，而不必局限于一个开关周期中的零矢量，提高了实际可实现的升压倍数。另一方面，不同于原始Z源逆变器，全控开关器件(iST-IGBT)并不是用直通矢量去代替零矢量，插入多少直通矢量不需要考虑一个开关周期中有多少零矢量，也即升压因子和逆变因子都可以各自独立调节，从而实现了升压因子和逆变因子的解耦控制。附图说明图I是原始Z源逆变器拓扑电路。图2是本专利技术的拓扑电路。图3是本专利技术在30%直通占空比时的稳态逆变输出。图4是本专利技术在40%直通占空比时的稳态逆变输出。具体实施例方式如图2所示的高升压倍数的直通物理分离型Z源逆变器，包括直流电压源DC、第一阻断二极管Dl和第二阻断二极管D2、Z源阻抗网络、以及三相逆变桥，Z源阻抗网络由第一电感LI、第二电感L2和第一电容Cl、第二电容C2组成X形结构，本专利技术的特征在于还包括全控开关器件iST-IGBT、大电容ultra_C和功率二极管D_S ;直流电源DC的正极与第一阻断二极管Dl的阳极相连本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高升压倍数的直通物理分离型Z源逆变器，包括直流电压源（DC）、第一阻断二极管（D1）和第二阻断二极管（D2）、Z源阻抗网络、以及三相逆变桥，Z源阻抗网络由第一电感（L1）、第二电感（L2）和第一电容（C1）、第二电容（C2）组成X形结构，其特征在于还包括全控开关器件（iST？IGBT）、大电容（ultra_C）和功率二极管（D_S）；直流电源（DC）的正极与第一阻断二极管（D1）的阳极相连，第一阻断二极管（D1）的阴极与Z源阻抗网络中第一电感（L1）的一端以及第一电容（C1）的正极相连，第二阻断二极管（D2）的阴极与第一电感（L1）的另一端以及第二电容（C2）的正极相连，第一电容（C1）、第二电容（C2）的负极分别与第二电感（L2）的两端连接，同时第一电容（C1）的负极还与第二阻断二极管（D2）的阴极相连，第二电容（C2）的负极还与全控开关器件（iST？IGBT）的集电极并接于功率二极管（D_S）的阳极，全控开关器件（iST？IGBT）的发射极与直流电源（DC）的负极相连，功率二极管（D_S）的阴极与三相逆变桥的正极输入端相连，大电容（ultra_C）与三相逆变桥并联，大电容（ultra_C）的正极和负极分别与三相逆变桥的正极输入端和负极输入端对应连接，三相逆变桥的负极输入端连接到直流电源（DC）的负极。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王新生，张华强，朱子文，曹煊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：
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