增强型开关电感准Z源逆变器

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1、2016年9月北京航空航天大学学报September2016第42卷第9期JournalofBeijingUniversityofAemnauticsandAstmnauticsV01．42No。9http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10。13700／j。bh．1001-5965．2015．0579增强型开关电感准Z源逆变器李正明4，张国松，方聪聪(扛苏大学电气信息工程学院，镇江212013)摘要：开关电感准z源逆变器及其改进型号在升压比方面不能满足新能源领域

2、的严苛需求，限制了Z源逆变器在光伏逆变及其微电网中的运用。通过对传统开关电感准z源逆变器拓扑结构的改变，提出了一种具有高电压增益的增强型开关电感准z源逆变器．在原来的一组开关电感的基础上仅再增加一组开关电感，既避免了硬件结构过于复杂，也避免了直通占空比的取值范围过小，同时使得升压比提高5—40倍；确保了输入电流连续；并且x型￡C网络的电容电压应力和电感电流脉动得到了有效降低。本文首先对增强型拓扑结构进行了详细的理论分析，然后进行了仿真实验，最后利用实物装置验证了增强型拓扑的可行性和优越性。关键词：开关电感准z源

3、逆变器；电容电压应力；电感电流脉动；升压因子；调制因子中图分类号：TM464文献标识码：A文章编号：1001-5965(2016)09—1803-09在光伏发电系统中，由于受光照强度、光照时间和环境温度等一系列因素的影响，使得电池电压在大范围内变化；电池电压输入等级低，给逆变带来一定的困难。因此，需要输入电压可在大范围内变化且具有高升压能力的新型逆变器。z源逆变器⋯自提出以来，凭借其独特的网络结构优势，受到了中外学者的关注，从而推动了z源逆变器的飞速发展。虽然传统z源逆变器与普通逆变器旧刮相比有着诸多优势，然而

4、其也有相应的缺点：升压比不显著，LC网络电容应力大，输入电流断续等，限制了Z源逆变器在实际中的应用。汤雨等⋯通过互换逆变桥和功率二极管的位置来达到抑制启动冲击的目的，然而升压能力也是Z源逆变器的一个重要内容。Gajanayake和Tang【B。叫等为了提高升压能力，用级联的方式提高直流侧的升压能力，虽然使得升压能力得到提高，但升压能力有限。Zhu等¨川首次利用开关电感技术，大幅提高了升压能力，但是缺点也很明显：LC网络电流断续，电容两端承压高，电路启动瞬间电流大。Nguyen等【121提出了开关电感I型准z源逆

5、变器，很好地解决了Zhu等⋯1所提拓扑存在的问题，升压比方面有一定程度的提高，但依然不够。邓凯等¨引将开关电感I型准z源逆变器中的二极管用一个自举电容来代替，提出了开关电感II型准z源逆变器，该型逆变器升压能力相比于I型拓扑结构较高，但是升压能力依然达不到实际需求。为了满足以上要求，本文提出了一种增强型开关电感准z源逆变器。该增强型拓扑结构在邓凯等¨引研究的基础上将电感L，用开关电感支收稿日期：2015-09-08；录用日期：2015—10—16；网络出版时间：2015—12-1711；33网络出版地址：WWW

6、，enki．net／kcms／detail／11．2625．V．20151217．1133．015．html基金项目：国家自然科学基金(51477070)；江苏高校优势学科建设工程资助项目(20116)；江苏大学大学生科研立项项目(Y12A160)$通讯作者：Tel．：13705286653E·mail：lzming@ujs．edu．cn引用格式：李正明，张国松，方聪聪．增疆型开关电感准z源逆变器ⅣJ．北京航空航天大学学报，2016，42(9)：1803'1811．LIZM．ZHANGGS，FANGCc．Enh

7、ancedswitched—inductorquasi-Z-sourceinverter[J]．JournalofBeltingUniversityofAcro‘nauticsandAstronautics，2016，42f9)：1803-181j(inChinese)．1804北京航空航天大学学报路代替，并在此基础上增加了2个电感和3个二极管。本文给出了增强型开关电感准Z源逆变器的通用型式(Ⅳ组开关电感)。在实际应用中，虽然增加开关电感的组数必然会提高直流链升压比，但过多增加开关电感组数会导致调制因子过大(M

8、>0。9)，直通占空比(D。。<0．1)的取值范围过窄，导致逆变器交流输出电压幅值降低；而且过多的开关电感组数会导致硬件电路变得过于复杂，硬件成本增高等问题，限制了增强型开关电感准z源逆变器的应用。本文提出的增强型拓扑结构的升压能力可满足大多数的升压要求。故本文以2重开关电感数为拓扑，详细介绍其相关性能(以下简称增强型拓扑)。1增强型拓扑工作原理本文提出的增强型拓扑结构如图1所示，该拓