[發明專利]一種Z源三電平T型逆變器及其中點平衡控制方法

有效

• 申請號: 201410344666.9
• 申請日: 2014-07-18
• 公開（公告）號: CN104167947B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 張承慧;邢相洋;陳阿蓮
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02M7/537
• 分類號: H02M7/537
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種Z源三電平T型逆變器及其中點平衡控制方法。?

背景技術

隨著分布式電源的迅速發展及其對效率要求的不斷提升，提高電能質量、減少諧波污染、提高發電系統的效率是分布式電源發展的關鍵問題。三電平逆變器相比于傳統的兩電平逆變器具有諧波少、耐壓高、開關應力小、電磁干擾(Electro?Magnetic?Interference,EMI)少等優點已經在分布式電源及微電網領域得到廣泛應用。然而對于燃料電池、光伏電池等分布式電源的輸出電壓并不是恒定的，無法實現較寬直流電壓范圍的變流功能和得到較高的交流輸出電壓。為了滿足直流母線較寬的電壓范圍，研究人員加入了DC/DC變換器，即采用兩級結構。然而此變換器不僅需要較多的功率器件，在工作過程中還產生大量的開關損耗，降低系統效率。為了減少因DC/DC變換器引起的開關損耗對系統效率的影響，采用Z源網絡的兩電平逆變器是一種理想的選擇。?

Z源兩電平逆變器在光伏逆變器、儲能、電動汽車、燃料電池等新能源領域應用廣泛。但是隨著分布式電源的迅速發展，提高電能質量和功率等級等要求備受關注。Z源多電平逆變器可以解決上述問題。而Z源三電平中點鉗位(neutral?point?clamped，NPC)逆變器在光伏逆變器、風力發電機、燃料電池等可再生能源得到廣泛的應用，它由一個獨立的直流電源、兩個直流側分壓電容、一個Z源網絡和一個三電平NPC逆變電路組成。Z源網絡的引入使直通成為一種正常的工作狀態，通過控制直通占空比，Z源三電平NPC逆變器可以實現升壓功能，而且不用控制死區時間，防止逆變波形畸變。橋臂直通不會引起功率器件的損壞，可靠性明顯增加。因此，Z源三電平NPC逆變器相對于傳統三電平NPC逆變器優勢明顯，前景十分廣闊。?

但是，Z源三電平NPC逆變器需要無源器件太多，會產生大量的功率損耗，這樣會造成系統的效率低。效率和電能質量是保證可再生能源和微電網可靠、穩定、經濟運行的保障。?

因此，研究一種效率和電能質量最優的拓撲結構至關重要。而對于三電平T型逆變器，效率和電能質量相對于Z源三電平NPC和Z源兩電平逆變器都較好，但是對于燃料電池、光伏電池等分布式電源的輸出電壓輸出不恒定，無法實現寬輸出電壓，而且由于死區的原?因導致諧波很大。?

而且Z源三電平逆變器存在著中點電位不平衡的固有問題。傳統方法很難實現升壓和中點平衡的問題。?

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種Z源三電平T型逆變器及其中點平衡控制方法，本發明首先將三電平SVPWM轉化成兩電平SVPWM，然后在兩電平SVPWM的基礎上實現中點平衡和升壓，該方法能夠簡單的消除中點平衡與直通的耦合；采用SVPWM調制方法，該方法不但可以靈活的實現開關狀態的組合，還具有降低開關損耗和諧波畸變小、直流電壓利用率高等優點。?

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：?

一種Z源三電平T型逆變器，包括并聯的三相橋臂，每相橋臂包括兩個串聯的IGBT管，各相橋臂的中點一側串聯兩個方向不同的IGBT管，另一側經濾波器與電阻連接；在并聯的各橋臂輸入端連接Z源網絡后接入輸入電壓源；輸入電壓源兩端并聯有兩個串聯的電容，兩個電容連接處連接各項橋臂的兩個方向不同IGBT管的一端，各個IGBT管均由控制電路驅動。?

所述Z源網絡包括兩個電感和電容，兩個電感分別串聯在輸入電壓源兩端與三相橋臂的連接處，電感與輸入電壓源的連接側串聯有二極管，且兩個二極管反向，兩個電容的一端分別連接二極管和電感的連接處，另一端連接在另一路電感和三相橋臂的連接處。?

所述濾波器為LC濾波電路，且其中的電容公共端接地。?

所述控制電路包括保護電路、驅動電路、采樣調理電路，采樣調理電路連接DSP模塊，DSP模塊與保護電路雙向通信，DSP模塊連接驅動電路，驅動電路輸出PWM信號驅動橋臂中IGBT管的開通與關斷。?

所述采樣調理電路采集輸入電壓源的直流電壓、直流電流、Z源網絡電容電壓以及濾波器輸出的三相電壓值大小。?