一種新型高增益QuasiZ源逆變器

許文強 王維慶 王海云 劉超吾

摘 ?要： 為了解決傳統Z源逆變器的升壓能力不足，提出一種新型高增益Quasi?Z源逆變器。該新型拓撲結構將傳統Quasi?Z源逆變器的兩個電感用升壓單元和改進型開關電感替換得以實現。在Matlab/Simulink下對該新型拓撲結構和傳統Quasi?Z源拓撲結構的直流鏈電壓、電容電壓和負載電壓進行仿真分析對比。結果顯示，相比于傳統的Quasi?Z源逆變器，該新型拓撲結構性能有了大幅度改善，提高了升壓能力，使其可以有更加廣泛的應用場合，有效抑制了啟動沖擊電流，從而避免了啟動瞬間逆變器開關器件的損壞。

關鍵詞： Quasi?Z源逆變器; 升壓能力; 拓撲結構; 性能改善; 仿真分析; 理論驗證

中圖分類號： TN386?34; TP301.6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2019）20?0009?04

A new high?gain Quasi?Z source inverter

XU Wenqiang1， 2， WANG Weiqing1， 2， WANG Haiyun1， 2， LIU Chaowu1， 2

（1. School of Electrical Engineering， Xinjiang University， Urumqi 830047， China;

2. MOE Engineering Research Center for “Renewable Energy Power Generation & Grid Connection Technology”， Xinjiang University， Urumqi 830047， China）

Abstract： A new high?gain Quasi?Z source inverter is proposed to solve the problems of insufficient boosting capacity of conventional Z?source inverters. This new topological structure can be produced by replacing the two inductors of conventional Quasi?Z source inverter with boosting unit and modified switching inductor. The simulation analysis and comparison of DC link voltage， capacitor voltage and load voltage of the new topological structure and the traditional Quasi?Z source topological structure are carried out based on Matlab/Simulink. The results show that， in comparison with traditional Quasi?Z source inverter， the new topological structure performance has been improved more greatly， and the boosting capability has been improved， so that it can be used in a wider range of applications， and the starting impulse current has been effectively suppressed， thus avoiding the damage of the switching device of the inverter at the start?up moment.

Keywords： Quasi?Z source inverter; boost capability; topological structure; simulation analysis; theoretical verification

0 ?引 ?言

傳統Z源逆變器因其特殊的網絡拓撲結構，使其在新能源發電系統、電動汽車、電機控制等眾多場合得到了廣泛應用[1?2]。盡管Z源逆變器有許多優點[3]，但是升壓能力的不足一直是傳統Z源逆變器的缺陷。如一味地增大直通占空比來升壓，必然會減小調制因子[M]的范圍，以至于很難得到優質的電能。因此，國內外學者對傳統Z源逆變器的拓撲結構進行了大量改進[4?10]。

文獻[4]提出一種嵌入式開關Z源逆變器，可以通過對開關電感的自由級聯來靈活地改變升壓能力，但過多的級聯必然導致成本高、體積大、結構復雜等問題。文獻[5]提出改進型準Z源和增強型開關電感準Z源逆變器，升壓能力均提高，但前者前級過多使用了IGBT后者的Z源電氣元件，使成本有所增加。文獻[6]提出一種升壓能力較強的Z源拓撲結構，該結構是將三個傳統Quasi?Z依次嵌入疊加而成，但其電容、電感數量過多增加了成本且增大了體積。文獻[7]提出一種開關電感型Quasi?Z源逆變器，解決了啟動沖擊電流問題，但是升壓能力提升幅度不大。文獻[8]提出的Quasi?Z源逆變器是在傳統Quasi?Z源逆變器的基礎上將其中的一個電感用一個開關電感替換，降低了電壓應力，減小了電流文波，提高了直流電壓利用率，但是升壓能力提升得并不大。文獻[9]提出的高增益Quasi?Z逆變器是在傳統Z源逆變器的基礎上用兩組升壓單元替代兩個電感而來，升壓能力有明顯提升，但是該拓撲結構中電容數量過多，這將導致該逆變器有較大的體積。文獻[10]提出的改進型開關電感Quasi?Z源逆變器與文獻[7]的相似，區別在于將文獻[7]中的Quasi?Z源逆變器拓撲中開關電感的兩個二極管用自舉電容替代，升壓能力有所提高，但是自舉電容的增加導致體積增大。本文在前人的基礎上提出一種新型高增益Quasi?Z源逆變器（后面亦稱新型逆變器），提高了升壓能力，拓寬了調制比范圍，電壓利用率提高且有內在抑制啟動沖擊電流的能力。