开关电感型Z源逆变器拓扑结构的设计与仿真

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1、开关电感型z源逆变器拓扑结构的设计与仿真程志友叫程红江2,于浩2,叶姗姗2(1•安徽大学教冇部电能质量工程研究中心，合肥230601；2.安徽大学电子信息工程学院，合肥230601)摘要：该文在开关电感型Z源逆变器的基础上提出一种高电压增益的开关电感型Z源逆变器。与传统的开关电感型Z源逆变器相比，新型•拓扑不仅保留了X型的基本结构，而且将二极管和逆变桥的位置互换，同时增加了2个电感和6个二极管，这样可以减小电容电压应力，増人直流链路峰值电压，使输入电流具冇连续性；另外，新型拓扑的控制力法简单，采用直接升压控制方法，它以止弦波为调制波、三角波为载波，是一种基于止弦脉宽调制控

2、制技术的-•种控制方法。在理论分析的基础上，对新型拓扑进行仿真试验，结果农明：当直通占空比为0.139、调制系数为0.85时，新型拓扑直流链路峰值电压为127.95V,电容电压应力为39.50V,而传统拓扑的直流链路峰值电压为89.65V，电容电压应力为68.40V,新型拓扑在获得较人直流链路峰值电压的同时，可以保证电容上承受的电压应力较小。通过仿其试验，验证了新型拓扑的优点。关键词：电容，电压调控，拓扑，开关电感型Z源逆变器，电容电压应力，升压因子，直接升压控制doi:10.396勿.issn.1002-6819.2013.17.017中图分类号：TM464文献标志码：

3、A文章编号：1002-6819(2013)-17-0129-08程志友，程红江，于浩，等.开关电感型Z源逆变器拓扑结构的设计与仿真［J］.农业工程学报，2013,29(17)：129-136.ChengZhiyou,ChengHongjiang,YuHao,etal.Designandsimulationoftopologystructureforswilched-inductorZ-sourceinverter［J］.TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSA

4、E),2013,29(17):129—136.(inChinesewithEnglishabstract)0引言传统电压源逆变器IT同一桥臂上下开关不能同时导通，否则会出现短路状况，损坏逆变器，且逆变器的输出电压低于直流输入电压，在输入电压输入变化范围较大的场合并不适应。Z源逆变器⑸解决了这一缺陷，同时利用口身的Z源阻抗网络，在不需要加入升压变换器的情况下达到升压的目的，减小了系统整体结构的复杂性，提高了逆变器的工作效率，增加了逆变器的抗干扰能力，在新能源发电领域应用前景广泛，但现有的Z源逆变器拓扑存在一些缺陷，比如直流升压因子较小，启动冲击电流人等。近些年，国内外很多学

5、者对Z源逆变器展开了研究，主要包括Z源逆变器拓扑〔啊和调制策略［10-13］,Z源逆变器的工作原理〔"⑸和控制方法［心8］以及z源逆变器的应用【924］等方面。但z源逆变器也存在一些不足，比如较小的升压因子、启动电流较大等。为解决上述Z源逆变器的不足，文献［25］提出一种开关电感型Z源逆变器，该拓扑不收稿日期:2013-04-27修订日期:2013-07-21基金项安徽省H然科学基金(1208085QF104J208085MF93)作者简介：程志友(1972—)，男，安徽籍，博士，副教授，主耍从事电能质星分析、检测和评估以及电力电子等方面研究。合肥M安徴大学电子信息工程学

6、院，230601oEmail：czy@ahu.cdu.cno同于改进型Z源逆变器［26】、增强型Z源逆变器［27】等拓扑，将Z源网络中的2个电感分别变换成开关电感的形式，从而纟R成开关电感型Z源阻抗网络，来耦合直流源和逆变桥主电路。这种拓扑的主要优点虽然具有较人的直流升压因子，但仍存在一些的缺陷，比如阻抗网络电容电压应力较大，导致电容的体积和重量増加，增加了系统成本；输入电流不连续等。针对上述开关电感型Z源逆变器的缺陷，本文提出一种新的开关电感型Z源逆变器。新型拓扑与开关电感型Z源逆变器相比，增加了2个电感和6个二极管，來组成双开关电感型Z源阻抗网络，并将开关电感型Z源

7、阻抗网络和二极管为逆变桥的位置互换，使得网络电容电压极性与输入电压极性一致，这样在获得较大升压因子的同时，不仅减小电容电压应力，降低实现成本，而且保证了输入电流的连续性。本文采用直接升压控制方法，控制开关管的通断，并利用网络中电容和电感的充放电原理，实现改进型拓扑的升压功能，理论分析和仿其实验证实了新型拓扑具有上述优点。1开关电感型Z源逆变器拓扑及稳态工作原理如图1所示，是传统的开关电感型Z源逆变器拓扑宙】。这种拓扑的Z源阻抗网络主要由4个具冇相同电感量的电感（厶、3、厶和乙）、2个具有相同电容量的电容（G和C2）和6个二极管