一種新型高增益QuasiZ源逆變器

許文強(qiáng) 王維慶 王海云 劉超吾

摘 ?要： 為了解決傳統(tǒng)Z源逆變器的升壓能力不足，提出一種新型高增益Quasi?Z源逆變器。該新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將傳統(tǒng)Quasi?Z源逆變器的兩個(gè)電感用升壓單元和改進(jìn)型開關(guān)電感替換得以實(shí)現(xiàn)。在Matlab/Simulink下對該新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)Quasi?Z源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的直流鏈電壓、電容電壓和負(fù)載電壓進(jìn)行仿真分析對比。結(jié)果顯示，相比于傳統(tǒng)的Quasi?Z源逆變器，該新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)性能有了大幅度改善，提高了升壓能力，使其可以有更加廣泛的應(yīng)用場合，有效抑制了啟動(dòng)沖擊電流，從而避免了啟動(dòng)瞬間逆變器開關(guān)器件的損壞。

關(guān)鍵詞： Quasi?Z源逆變器; 升壓能力; 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu); 性能改善; 仿真分析; 理論驗(yàn)證

中圖分類號(hào)： TN386?34; TP301.6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1004?373X（2019）20?0009?04

A new high?gain Quasi?Z source inverter

XU Wenqiang1， 2， WANG Weiqing1， 2， WANG Haiyun1， 2， LIU Chaowu1， 2

（1. School of Electrical Engineering， Xinjiang University， Urumqi 830047， China;

2. MOE Engineering Research Center for “Renewable Energy Power Generation & Grid Connection Technology”， Xinjiang University， Urumqi 830047， China）

Abstract： A new high?gain Quasi?Z source inverter is proposed to solve the problems of insufficient boosting capacity of conventional Z?source inverters. This new topological structure can be produced by replacing the two inductors of conventional Quasi?Z source inverter with boosting unit and modified switching inductor. The simulation analysis and comparison of DC link voltage， capacitor voltage and load voltage of the new topological structure and the traditional Quasi?Z source topological structure are carried out based on Matlab/Simulink. The results show that， in comparison with traditional Quasi?Z source inverter， the new topological structure performance has been improved more greatly， and the boosting capability has been improved， so that it can be used in a wider range of applications， and the starting impulse current has been effectively suppressed， thus avoiding the damage of the switching device of the inverter at the start?up moment.

Keywords： Quasi?Z source inverter; boost capability; topological structure; simulation analysis; theoretical verification

0 ?引 ?言

傳統(tǒng)Z源逆變器因其特殊的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使其在新能源發(fā)電系統(tǒng)、電動(dòng)汽車、電機(jī)控制等眾多場合得到了廣泛應(yīng)用[1?2]。盡管Z源逆變器有許多優(yōu)點(diǎn)[3]，但是升壓能力的不足一直是傳統(tǒng)Z源逆變器的缺陷。如一味地增大直通占空比來升壓，必然會(huì)減小調(diào)制因子[M]的范圍，以至于很難得到優(yōu)質(zhì)的電能。因此，國內(nèi)外學(xué)者對傳統(tǒng)Z源逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量改進(jìn)[4?10]。

文獻(xiàn)[4]提出一種嵌入式開關(guān)Z源逆變器，可以通過對開關(guān)電感的自由級(jí)聯(lián)來靈活地改變升壓能力，但過多的級(jí)聯(lián)必然導(dǎo)致成本高、體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。文獻(xiàn)[5]提出改進(jìn)型準(zhǔn)Z源和增強(qiáng)型開關(guān)電感準(zhǔn)Z源逆變器，升壓能力均提高，但前者前級(jí)過多使用了IGBT后者的Z源電氣元件，使成本有所增加。文獻(xiàn)[6]提出一種升壓能力較強(qiáng)的Z源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是將三個(gè)傳統(tǒng)Quasi?Z依次嵌入疊加而成，但其電容、電感數(shù)量過多增加了成本且增大了體積。文獻(xiàn)[7]提出一種開關(guān)電感型Quasi?Z源逆變器，解決了啟動(dòng)沖擊電流問題，但是升壓能力提升幅度不大。文獻(xiàn)[8]提出的Quasi?Z源逆變器是在傳統(tǒng)Quasi?Z源逆變器的基礎(chǔ)上將其中的一個(gè)電感用一個(gè)開關(guān)電感替換，降低了電壓應(yīng)力，減小了電流文波，提高了直流電壓利用率，但是升壓能力提升得并不大。文獻(xiàn)[9]提出的高增益Quasi?Z逆變器是在傳統(tǒng)Z源逆變器的基礎(chǔ)上用兩組升壓單元替代兩個(gè)電感而來，升壓能力有明顯提升，但是該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中電容數(shù)量過多，這將導(dǎo)致該逆變器有較大的體積。文獻(xiàn)[10]提出的改進(jìn)型開關(guān)電感Quasi?Z源逆變器與文獻(xiàn)[7]的相似，區(qū)別在于將文獻(xiàn)[7]中的Quasi?Z源逆變器拓?fù)渲虚_關(guān)電感的兩個(gè)二極管用自舉電容替代，升壓能力有所提高，但是自舉電容的增加導(dǎo)致體積增大。本文在前人的基礎(chǔ)上提出一種新型高增益Quasi?Z源逆變器（后面亦稱新型逆變器），提高了升壓能力，拓寬了調(diào)制比范圍，電壓利用率提高且有內(nèi)在抑制啟動(dòng)沖擊電流的能力。