新型準(zhǔn)Z源三電平逆變器的分析及其特性研究

程啟明　沈磊　程尹曼　魏霖　王玉嬌

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)Z源逆變器（ZSI）電容電壓應(yīng)力大和升壓能力不足等缺陷，提出一種新型準(zhǔn)Z源逆變器 （QZSI） 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。首先，對(duì)新型準(zhǔn)Z源逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析，得到新型準(zhǔn)Z源逆變器的直流鏈輸出電壓和電容電壓;接著，建立新型準(zhǔn)Z源逆變器的狀態(tài)平均空間模型，引入小信號(hào)擾動(dòng)，分析新型準(zhǔn)Z源逆變器的直流側(cè)動(dòng)態(tài)特性，為新型準(zhǔn)Z源逆變器網(wǎng)絡(luò)的無源參數(shù)選取和閉環(huán)控制提供參考;然后，對(duì)新型準(zhǔn)Z源逆變器進(jìn)行簡單升壓控制（SBC），分析新型準(zhǔn)Z源逆變器整體的升壓能力;最后，經(jīng)過計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研究，驗(yàn)證了新型準(zhǔn)Z源逆變器拓?fù)涞膬?yōu)越性。新型準(zhǔn)Z源逆變器具有更強(qiáng)的升壓能力，可用于需要高輸出電壓場合;新型準(zhǔn)Z源逆變器可以有效降低電容電壓應(yīng)力，一定程度上抑制起動(dòng)沖擊。

關(guān)鍵詞：準(zhǔn)Z源逆變器;三電平;直通占空比;簡單升壓控制;狀態(tài)空間平均模型;小信號(hào)分析

DOI：10.15938/j.emc.2020.09.015

中圖分類號(hào)：TM 464

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-449X（2020）09-0134-11

Analysis and characteristics of new quasi-Z source three-level inverter

CHENG Qi-ming1， SHEN Lei1， CHENG Yin-man2， WEI Lin 1， WANG Yu-jiao1

（1.College of Automation Engineering， Shanghai University of Electric Power， Shanghai 200090， China; 2.College of Electronics and Information Engineering， Tongji University， Shanghai 201804， China）

Abstract：

Aiming at the limitations of traditional Z-source Inverter （ZSI）， insufficient boosting capacity and large capacitance voltage stress， a new quasi Z-source inverter （QZSI） topology was proposed. First， the new QZSI topology structure is aligned with steady-state analysis. The DC link output voltage and capacitor voltage of new QZSI were got; Then， the state average space model of new QZSI was established， small signal disturbance was introduced， and the DC side dynamic characteristics were analyzed to provide reference for passive parameter selection and closed-loop control of the new QZSI network. Then， it is subjected to simple boost control （SBC） to analyze the overall boosting capability of the new QZSI inverter. Finally， through the computer simulation and experimental platform， the superiority of the new QZSI topology was verified. The new quasi-Z-source inverter has stronger boost capability， which is used in the situation where high output voltage is required; and the new quasi-Z-source inverter can effectively reduce the voltage stress of capacitor and restrain the starting impulse to a certain extent.

Keywords：quasi-Z source inverter; three-level; shoot-through duty ratio; simple boost control; state space average model; small signal analysis

0 引 言

Z源逆變器（Z-source inverter，ZSI）在2003年由彭方正[1]提出，結(jié)合對(duì)逆變器的直通控制，避免插入死區(qū)，實(shí)現(xiàn)電壓靈活輸出，增強(qiáng)逆變器系統(tǒng)可靠性和兼容性[2-3]。因?yàn)閆SI的上述優(yōu)點(diǎn)，使其在光伏風(fēng)力發(fā)電、燃料電池等輸入電壓寬范圍的場合具有廣闊的發(fā)展前途[4-5]。但是，現(xiàn)有Z源逆變器拓?fù)浯嬖谝恍┤毕荩褐绷魃龎阂蜃虞^小，在要求輸出電壓較高時(shí)，必須增加直通時(shí)間，使得逆變器長時(shí)間處于惡劣工作環(huán)境，也加大了電容電壓應(yīng)力，容易損壞逆變器[6-8]。由于調(diào)制比的制約，傳統(tǒng)ZSI的直通占空比無法取得較大值，這就限制了電壓輸出范圍。

海內(nèi)外專家在不同方向致力于ZSI研究。文獻(xiàn)[9-15]對(duì)Z源網(wǎng)絡(luò)的建模、無源參數(shù)的設(shè)計(jì)和調(diào)制器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了細(xì)致地研究;文獻(xiàn)[16-18]針對(duì)傳統(tǒng)ZSI的不足，在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上進(jìn)行了不同層次改進(jìn)。

上述文獻(xiàn)分析集中于兩電平，與兩電平逆變器對(duì)比，三電平中點(diǎn)箝位型（neutral-point-clamped，NPC）逆變器輸出的電壓電流諧波低。IGBT關(guān)斷時(shí)承受的電壓更低，可有效降低濾波器等無源器件的體積和重量。用NPC結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)三電平ZSI，可以充分發(fā)揮兩者各自優(yōu)勢。

文獻(xiàn)[19]提出結(jié)構(gòu)簡單的NPC三電平ZSI，但會(huì)出現(xiàn)中點(diǎn)電位不是0的現(xiàn)象。文獻(xiàn)[20]采用級(jí)聯(lián)方式來擴(kuò)大升壓因子，這種級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)雖然理論上可行，但是硬件實(shí)現(xiàn)起來成本較高，降低了系統(tǒng)穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[21]提出用電感耦合技術(shù)減小磁性元件的尺寸重量，減小輸入電流紋波，但是電容承受電壓依舊很大。

本文提出一種NPC準(zhǔn)Z源三電平逆變器結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)比較，明顯提高升壓能力，電容承受電壓降低，IGBT承受電壓強(qiáng)度減小，逆變器輸出波形正弦度更高。

首先，在穩(wěn)態(tài)時(shí)對(duì)準(zhǔn)Z源工作原理進(jìn)行深入分析。通過理論計(jì)算，得出直流鏈輸出電壓和電容電壓;然后，建立其狀態(tài)平均空間模型，引入小信號(hào)擾動(dòng)，分析其動(dòng)態(tài)特性;接著，研究基于改進(jìn)載波同相層疊法的簡單升壓控制[22]，分析逆變器整體的升壓能力;最后，軟件和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)驗(yàn)證了新拓?fù)涞膬?yōu)越性。

1 新型QZSI的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)

1.1 QZSI逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

為了解決傳統(tǒng)ZSI電容電壓應(yīng)力大，升壓效果有限等問題，提出了一種新型準(zhǔn)Z源逆變器（quasi Z-source inverter，QZSI）三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示。這種逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用了只有1個(gè)電壓為uin的直流輸入電源，Cs1和Cs2為分壓電容，且Cs1=Cs2，upn為直流鏈輸出電壓。準(zhǔn)Z源網(wǎng)絡(luò)部分由4個(gè)電感（L1～L4）、2個(gè)電容（C1～C2）和8個(gè)二極管（D1～D6、VD1和VD2）組成。L1～L2、D1～D3組成第1路開關(guān)電感單位，L3～L4、D4～D6組成第2路開關(guān)電感單位。

1.2 QZSI的工作原理

QZSI通過切換半直通與非直通狀態(tài)的2種工作方式來獲得升壓效果。為了便于分析，假設(shè)準(zhǔn)Z源中電感L1=L2=L3=L4=L，電容值C1=C2=C。準(zhǔn)Z源逆變器具有直通與非直通2種運(yùn)行狀況。

1）直通狀態(tài)。

在此運(yùn)行方式，直通零矢量作用，逆變橋臂被短接。在基于載波同相層疊法的簡單升壓控制基礎(chǔ)上插入上下直通達(dá)到升壓效果，具體調(diào)制策略下文有介紹。圖2是上下直通等效電路。

上、下直通的工作原理相同，為了保證2種直通狀態(tài)下輸出電壓平衡，兩者作用時(shí)間都等于T0，能量都從電源和電容向電感和負(fù)載轉(zhuǎn)移。

2）非直通狀態(tài)。

在此運(yùn)行方式，非直通零矢量作用。逆變橋臂和負(fù)載等效為2個(gè)電流源，此時(shí)VD1、VD2導(dǎo)通。此方式的運(yùn)行狀態(tài)如圖3所示。

由圖3可得：

設(shè)開關(guān)周期為Ts，依據(jù)電感伏秒平衡定理，可得

uC=2D1-2Duin。（4）

式中D為直通占空比，D=T0/Ts。

根據(jù)電容安秒平衡定理，可得

將式（4）分別帶入式（2）和式（3），得到直流母線電壓為：

upn=1+2D1-2Duin，非直通時(shí);

1+2D2（1-2D）uin，上/下直通。（6）

整個(gè)逆變器系統(tǒng)輸出的相電壓基波為

ux=Mupn2=M（1+2D）2（1-2D）uin=MBuin2。（7）

式中：下標(biāo)x=A、B、C三相中某一相;M為逆變器的調(diào)制比;B為升壓比，B=1+2D1-2D。

1.3 QZSI升壓效果與電容電壓應(yīng)力研究

ZSI直流鏈的峰值電壓為

upn=11-2Duin。（8）

比較式（6）與式（8）能夠看出，相對(duì)于傳統(tǒng)的ZSI，本文提出的QZSI升壓效果更好。圖4為2種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下B與D之間的曲線圖。

由圖4可見，在D=0.4時(shí)，傳統(tǒng)ZSI的升壓比B僅為5，而新型的QZSI的升壓比可達(dá)9。新型拓?fù)渚哂懈鼜?qiáng)的升壓效果。

傳統(tǒng)Z源的電容電壓可以表示為

uC=1-D1-2Duin。（9）

文獻(xiàn)[15]提出的開關(guān)電感型Z源逆變器電容電壓為

uC=1-D1-3Duin。（10）

圖5是不同拓?fù)湎码娙蓦妷罕容^曲線。以u(píng)in=800 V、D=0.1為例，傳統(tǒng)Z源逆變器的Z源電容電壓為900 V，開關(guān)電感型的電容電壓為1 028.6 V，本文所提新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電容電壓僅為228.3 V?？梢钥闯?，新拓?fù)錁O大降低了電容電壓。

2 新型QZSI的小信號(hào)穩(wěn)定性分析

根據(jù)新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為準(zhǔn)Z源直流升壓側(cè)和逆變側(cè)兩部分。直流側(cè)控制逆變器D0實(shí)現(xiàn)輸入電壓的升高，最能體現(xiàn)新型QZSI特性。為此下面分析準(zhǔn)Z源直流升壓側(cè)的動(dòng)態(tài)性能。

設(shè)直流升壓側(cè)上部電感電流是iL1，電容電壓是uC1;下部2個(gè)電感電流均為iL2，電容電壓為uC2;中性線上方的負(fù)載電流為iload1，下方的負(fù)載電流為iload2。不考慮電感寄生電阻和電容串聯(lián)電阻，定義狀態(tài)變量x=[iL1 iL2 uC1 uC2]T、u=[uin iload1 iload2]T。

非直通狀態(tài)時(shí)有：

設(shè)定表1所示的參數(shù)為額定條件下的參數(shù)，分析額定條件下的零極點(diǎn)分布情況。

按照表1中的額定參數(shù)，根據(jù)式（4）、式（5）可得到IL=45 A、UC=200 V，將額定條件參數(shù)代入式（26），得到傳遞函數(shù)為

Gud（s）=0.18s+2 4002×10-6s2+0.96。（27）

觀察不同參數(shù)改變對(duì)系統(tǒng)零極點(diǎn)的分布影響。圖6為不同電容值下，傳遞函數(shù)Gud（s）的零極點(diǎn)分布。電容值C分別為1 000、2 000、3 000和4 000 μF。

圖7為不同電感值下，Gud（s）的零極點(diǎn)分布，電感值L分別為1、5、10和15 mH。

圖8為不同直通占空比下，Gud（s）的零極點(diǎn)分布。D0分別為0.1、0.15、0.2和0.25。

無論電容值、電感值和直通占空比如何改變，Gud（s）的零極點(diǎn)都位于左半平面或者虛軸上，本系統(tǒng)為一個(gè)最小相位系統(tǒng)。由圖6可見，當(dāng)電容值C變大，Gud（s）極點(diǎn)越發(fā)靠近實(shí)軸，系統(tǒng)阻尼提高，上升時(shí)間延長。由圖7可見，當(dāng)電感值L增大，Gud（s）極點(diǎn)逐漸靠近實(shí)軸，延長穩(wěn)定時(shí)間，損壞其動(dòng)態(tài)特性，容易發(fā)生震蕩。同時(shí)零點(diǎn)沿著實(shí)軸逐漸接近原點(diǎn)，超調(diào)量變大。由圖8可見，D0變大時(shí)，Gud（s）的極點(diǎn)逐漸接近實(shí)軸，系統(tǒng)的震蕩頻率降低，零點(diǎn)遠(yuǎn)離虛軸，影響系統(tǒng)的魯棒性。

分析不同參數(shù)改變對(duì)系統(tǒng)魯棒性和動(dòng)態(tài)特性的影響，對(duì)ZSI參數(shù)優(yōu)化選擇與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一定的參考意義。

3 新型QZSI的簡單升壓控制

準(zhǔn)Z源三電平逆變器的簡單升壓控制（simple boost control，SBC）用兩層幅值和相位均相同的三角波作為載波，并與同一調(diào)制波比較，產(chǎn)生脈沖信號(hào)。在保證非直通狀態(tài)不變的前提下，插入上下直通零矢量，起到簡單升壓效果。因而需要對(duì)雙層載波層疊法進(jìn)行改進(jìn)。

保留雙層載波層疊法的整體結(jié)構(gòu)，引入周期性的直通脈動(dòng)量Vp。隨著調(diào)制波過零點(diǎn)，Vp發(fā)生脈動(dòng)。以A相為例，圖9是基于改進(jìn)雙層載波層疊法的SBC原理示意圖。

比較上層載波Vα與調(diào)制波Vm的大小來控制VTA1和VTA3的開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)Vα>Vm時(shí)，開關(guān)部件VTA1關(guān)斷、VTA3導(dǎo)通;當(dāng)VαVm時(shí)，開關(guān)部件VTA2關(guān)斷、VTA4導(dǎo)通。

在此基礎(chǔ)上，調(diào)制波正半波時(shí)，當(dāng)Vα>脈動(dòng)直流分量Vp時(shí)，VTA1、VTA2和VTA3導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)了上直通狀態(tài)的插入。調(diào)制波負(fù)半周期時(shí)，當(dāng)Vβ

定義電壓增益為

G=MB=U0Uin/2。（28）

式中U0為輸出相電壓的峰值。在SBC下，采用最大的調(diào)制比M=1-D，QZSI能夠獲得的電壓增益為

G=MB=M（3-2M）2M-1。（29）

傳統(tǒng)ZSI的電壓增益為

G=MB=M2M-1。（30）

比較式（29）和式（30），可得到2種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在SBC下電壓增益曲線，如圖10所示。

由圖10可見，在調(diào)制因子為1時(shí)，兩者不實(shí)現(xiàn)升壓。QZSI相比于ZSI，電壓增益要大得多，這表明QZSI可以擴(kuò)大電壓輸出范圍。電壓增益確定時(shí)，新拓?fù)淠軌虿扇「叩腗，從而提高輸出電壓波形正弦度，提升經(jīng)濟(jì)性。

4 新型QZSI的軟件仿真分析

為驗(yàn)證上文中的理論推導(dǎo)，對(duì)新型QZSI進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真研究。仿真參數(shù)取值為：Z源網(wǎng)絡(luò)L1=L2=L3=L4=10 mH，C1=C2=400 μF;載波的頻率為5 kHz;輸出濾波器為Lf=30 mH，Cf=50 μF;每相阻性負(fù)載為10SymbolWA@。

當(dāng)uin=200 V、D0=0.2且M=0.8時(shí)，QZSI仿真波形如圖11所示。當(dāng)uin=200 V且D0=0.1時(shí)，傳統(tǒng)ZSI與QZSI的電容電壓仿真波形如圖12所示。

由圖11可見，uin=200 V、D0= 0.2時(shí)，電容C1、C2的電壓是133.3 V，直流母線電壓是466 V，上下直通時(shí)電壓約為233 V，與之前的理論計(jì)算相符合，此時(shí)B=2.34、G=1.87。電感一開始存在起動(dòng)沖擊電流，在0.02 s也就是一個(gè)周期之后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)時(shí)的電感電流維持在數(shù)安左右，電感電流波動(dòng)小。理論上逆變器輸出的相電壓為±BUdc、0共3種電平值，也就是±2333 V和0，基波幅值為MBuin/2，即186.4 V。理論上逆變器輸出線電壓為SymbolqB@ BUdc、SymbolqB@ BUdc/2、0共5種幅值，即為±466.6、±233.3、0 V，經(jīng)過濾波后正弦度高。對(duì)于傳統(tǒng)ZSI而言，直流鏈峰值輸出電壓僅為333.3 V，只有新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的71%，相應(yīng)的逆變器輸出電壓值以及濾波后輸出的電壓都會(huì)降低，此時(shí)ZSI的電容電壓為26667 V。

由圖12可見，uin=200 V、D0=0.1情況下，穩(wěn)態(tài)時(shí)QZSI的電容電壓僅為50 V左右，而傳統(tǒng)ZSI電容電壓為225 V，大于直流源輸入電壓，并且進(jìn)入穩(wěn)態(tài)前動(dòng)態(tài)沖擊大，容易破壞Z源網(wǎng)絡(luò)。

圖13為分壓電容CS1、CS2電壓，由圖可見，經(jīng)過控制策略調(diào)整，分壓電容穩(wěn)定在128 V左右，震蕩幅度很小，系統(tǒng)具有較高穩(wěn)定性。

5 新型QZSI的硬件實(shí)驗(yàn)分析

硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖14所示，圖中，直流輸入由一臺(tái)直流穩(wěn)壓電源提供，載波同相層疊法的SBC調(diào)制信號(hào)由TMS320F28335型的DSP產(chǎn)生。參數(shù)取值均與軟件仿真相同，逆變器輸出經(jīng)過濾波器接到電阻負(fù)載上。

圖15為直流輸入電壓Uin=200 V且直通占空比D0=0時(shí)實(shí)驗(yàn)波形。由圖可見，此時(shí)準(zhǔn)Z源網(wǎng)絡(luò)電容電壓很低，直流鏈輸出電壓在100 V和200 V之間跳變，直流輸出電壓沒有得到提升，逆變器輸出線電壓經(jīng)過濾波后正弦度優(yōu)良。

圖16為Uin=200 V和D0=0.2時(shí)穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)波形，準(zhǔn)Z源網(wǎng)絡(luò)電容電壓在130 V左右。直流母線電壓在230 V與460 V之間跳變，與理論相一致。逆變器輸出線電壓有±460、±230、0 V共5個(gè)電平值。經(jīng)過濾波，電壓正弦度高，電能質(zhì)量好。

圖17為Uin=200 V時(shí)QZSI分壓電容電壓波形，由圖可見，分壓電容電壓波動(dòng)小，CS1和CS2均壓效果優(yōu)良，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較高。

圖18為Uin=200 V和D0=0.1時(shí)，ZSI與QZSI的電容電壓實(shí)驗(yàn)波形。由圖可見，新拓?fù)涞碾娙蓦妷捍蟠蠼档?，并在一定程度上抑制了沖擊。因此，硬件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的升壓能力和降低電容電壓的應(yīng)力效果。

6 結(jié) 論

本文提出了一種新型的NPC型準(zhǔn)Z源三電平逆變器，并對(duì)其進(jìn)行簡單升壓控制。通過軟件仿真和硬件實(shí)驗(yàn)，并與傳統(tǒng)ZSI相比，可得出如下結(jié)論：

1）新拓?fù)渚哂懈鼜?qiáng)的升壓能力，可用于需要高輸出的電壓場合;

2）新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以有效降低電容電壓應(yīng)力，一定程度上抑制起動(dòng)沖擊;

3）利用狀態(tài)空間模型和小信號(hào)分析，較大的電感電容值雖然有利于穩(wěn)態(tài)性能的提高，但零極點(diǎn)更靠近原點(diǎn)，從而破壞其動(dòng)態(tài)特性。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] PENG F Z. Z-source inverter[J]. IEEE Transactions on Industry Applications， 2003， 39（2）： 504.

[2] 湯雨， 謝少軍， 張超華. 改進(jìn)型 Z 源逆變器[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)， 2009， 29（30）： 28.

TANG Yu， XIE Shaojun， ZHANG Chaohua. Improved Z-source inverter[J]. Proceedings of the CSEE， 2009， 29（30）： 28.

[3] TANG Y， XIE S J， ZHANG C H. Improved Z-source inverter with reduced Z-source capacitor voltage stress and soft-start capability[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2009，24（2）：409.

[4] YANG Bo， LI Wuhua， ZHAO Yi， et al.Design and analysis of a grid-connected photovoltaic power system[J].IEEE Transactions on Power Electronics， 2010， 25（4）： 992.

[5] JAIN S， SHADMAND M B， BALOG R S.Decoupled active and reactive power predictive control for PV applications using a grid-tied quasi-Z-source inverter[J].IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics， 2018， 6（4）： 1769.

[6] 余德清， 程啟明，高杰， 等.降電容電壓型準(zhǔn)Z源三電平逆變器及其恒功率并網(wǎng)控制[J].高電壓技術(shù)，2018，44（4）：1319.

YU Deqing， CHENG Qiming， GAO Jie， et al.Quasi Z-source three-level inverter with reduced capacitor voltage and its constant power grid-connected control[J].High Voltage Technology， 2018， 44（4）： 1319.

[7] LI Yuan， JIANG Shuai， CINTRON-RIVERA J G，et al.Modeling and control of quasi-Z-source inverter for distributed generation applications[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2013， 60（4）： 1532.

[8] HE L， NAI J， ZHANG J.Single-phase safe commutation trans-Z-source AC-AC converter with continuous input current[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2018， 65（6）： 5135.

[9] EBRAHIM B， ELIAS S A， MOHSEN H B.Steady-state and small-signal analysis of high-voltage gain half-bridge switched boost inverter[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2016， 63（6）： 3546.

[10] ZHAO B， YU Q G， LENG Z W， et al.Switched Z-source isolated bidirectional DC-DC converter and its phase-shifting shoot-through bivariate coordinated control strategy[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2012， 59（12）： 4657.

[11] LIANG Zipeng， HU Sideng， YANG Huan， et al.Synthesis and design of the AC current controller and impedance network for the quasi-Z-source converter[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2018， 65（10）： 8287.

[12] UMESH S， SUMANT K， SNEHAL G， et al.Sliding mode control of single-phase grid-connected quasi-Z-source inverter[J].IEEE Access， 2017（5）： 10232.

[13] QIN Changwei， ZHANG Chenghui， CHEN Alian， et al.A space vector modulation scheme of the quasi-Z-source three-level T-type inverter for common-mode voltage reduction[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2018， 65（10）： 8340.

[14] 甘世紅， 王家毅， 褚建新， 等.燃料電池新能源船舶高升壓 Z 源電力推進(jìn)系統(tǒng)[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)， 2018， 22（10）： 112.

GAN Shihong， WANG Jiayi， CHU Jianxin， et al.Z-source electrical propulsion system with high voltage boost ability for fuel cell boat[J].Electric Machines and Control， 2018， 22（10）： 112.

[15] 程啟明， 李濤， 程尹曼， 等.基于受控耗散Hamiltonian系統(tǒng)模型的光伏準(zhǔn)Z源T型三電平并網(wǎng)逆變器控制策略[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)， 2019， 34（8）： 1718.

CHENG Qiming， LI Tao， CHENG Yinman， et al.Control strategy of PV quasi-Z-source T-type three-level inverter based on port controlled Hamiltonian with dissipation model[J].Transactions of China Electrotechnical Society， 2019， 34（8）： 1718.

[16] 侯世英， 肖旭， 張闖， 等.改進(jìn)型Z源逆變器[J].電力自動(dòng)化設(shè)備， 2011， 31（8）： 24.

HOU Shiying，XIAO Xu，ZHANG Chuang，et al.Improved Z source inverter[J].Electric Power Automation Equipment， 2011， 31（8）：24.

[17] ZHU M，YU K，LUO F L.Switched inductor Z-source inverter[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2010，25（8）：2150.

[18] 蔡春偉， 曲延濱， 盛況.增強(qiáng)型Z源逆變器[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)， 2011， 31（S1）： 259.

CAI Chunwei， QU Yanbin， SHENG Kuang.Enhanced Z-source inverter[J].Proceedings of the CSEE， 2011， 31（S1）： 259.

[19] 張瑾， 齊鉑金.Z源三電平中點(diǎn)箝位逆變器中點(diǎn)電位平衡控制方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)， 2010， 30（12）： 7.

ZHANG Jin， QI Bojin.Neutral-point potential balancing method for Z-source three-level NPC inverters[J].Proceedings of the CSEE， 2010， 30（12）：7.

[20] 賀昱耀， 馮偉， 宋石磊.Z源級(jí)聯(lián)三電平中點(diǎn)箝位逆變器[J].電網(wǎng)技術(shù)， 2012， 36（4）： 219.

HE Yuyao， FENG Wei， SONG Shilei.A cascaded Z-source three-level neutral point clamped inverter[J].Power System Technology， 2012， 36（4）： 219.

[21] ZAKIS J， HUSEV O， STRZELECKI R.Feasibility study of inductor coupling in three-level neutral-point-clamped quasi-Z-source DC/AC converter[C]//2014 Electric Power Quality and Supply Reliability Conference， March 21， 2014， Rakvere， Estonia.2014： 273.

[22] 屈艾文， 陳道煉， 蘇倩.三相準(zhǔn)Z源并網(wǎng)逆變器的簡單升壓改進(jìn)空間矢量調(diào)制策略[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)， 2018， 33（4）： 826.

QU Aiwen， CHEN Daolian， SU Qian.Simple boost modified space vector modulation strategy for three-phase quasi-Z-source grid-connected inverter[J].Transactions of China Electrotechnical Society， 2018， 33（4）： 826.

（編輯：邱赫男）

收稿日期： 2019-04-21

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（61573239）; 上海市電站自動(dòng)化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（13DZ2273800）

作者簡介：程啟明（1965—），男，博士，教授，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化、發(fā)電過程控制、先進(jìn)控制及應(yīng)用等;

沈 磊（1994—），男，碩士，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化、新能源發(fā)電控制等;

程尹曼（1990—），女，碩士，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化、新能源發(fā)電控制等;

魏 霖（1995—），男，碩士，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化、電機(jī)控制等;

王玉嬌（1990—），女，碩士，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化、電機(jī)控制等。

通信作者：沈 磊