[发明专利]一种Z源三电平T型逆变器及其调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Z源三电平T型逆变器及其调制方法。

背景技术

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。但是，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。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种Z源三电平T型逆变器及其调制方法，它采用同相电压偏移(phase disposition，PD)的控制方式，相比反相电压偏移调制(alternative phase opposition disposition，APOD)的方法，可以减少开关次数，降低开关损耗。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种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Z源网络后接入输入电压源；输入电压源两端并联有两个串联的电容，两个电容连接处连接各项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Z源网络包括两个电感和电容，两个电感分别串联在输入电压源两端与三相桥臂的连接处，电感与输入电压源的连接侧串联有二极管，且两个二极管反向，两个电容的一端分别连接二极管和电感的连接处，另一端连接在另一路电感和三相桥臂的连接处。

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。

基于上述Z源三电平T型逆变器的调制方法，具体为：

选择开关状态转换最少的桥臂产生直通，在任意时刻，对调制信号的Umax，即Ua，Ub，Uc中的最大值，增加0.5T0/T的垂直偏移产生上直通，同时对调制信号的Umin，即Ua，Ub，Uc中的最小值，减少0.5T0/T的垂直偏移产生下直通，保持调制信号的Umid，即Ua，Ub，Uc中的中间值不变，得到Z源三电平T型逆变器所需要的直通占空比，最后将得到的PWM信号送到驱动电路。

本发明的有益效果是：

1、相对于三电平T型逆变器，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；