串聯式z源三電平逆變器及方法
【專利摘要】一種串聯式Z源三電平逆變器，包括第一直流電源和第二直流電源，第一直流電源的正極同第一串聯式Z源網絡相電連接，所述的第二直流電源的負極同第二串聯式Z源網絡相電連接，第一串聯式Z源網絡和第二串聯式Z源網絡均同三電平NPC逆變電路相電連接，三電平NPC逆變電路同A相負載、B相負載和C相負載相電連接。這樣的結構結合其方法避免了現有技術中實際應用中電容體積大、成本高而導致啟動過程存在沖擊電壓易造成電容擊穿的缺陷。
【專利說明】串聯式Z源三電平逆變器及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于逆變器【技術領域】，具體涉及一種串聯式Z源三電平逆變器及方法。
【背景技術】
[0002]Z源三電平逆變器不但能提升直流鏈電壓還能直通工作，相對于多級逆變器而言既簡化了逆變控制系統又提升了輸出波形的質量。但傳統Z源三電平逆變器中Z源網絡電容電壓應力過大，造成實際應用中電容體積大、成本高。啟動過程存在沖擊電壓易造成電容擊穿。
【發明內容】
[0003]本發明的目的提供一種串聯式Z源三電平逆變器及其控制方法，包括第一直流電源和第二直流電源，第一直流電源的正極同第一串聯式Z源網絡相電連接，所述的第二直流電源的負極同第二串聯式Z源網絡相電連接，第一串聯式Z源網絡和第二串聯式Z源網絡均同三電平NPC逆變電路相電連接，三電平NPC逆變電路同A相負載、B相負載和C相負載相電連接。這樣的結構結合其方法避免了現有技術中實際應用中電容體積大、成本高而導致啟動過程存在沖擊電壓易造成電容擊穿的缺陷。
[0004]為了克服現有技術中的不足，本發明提供了 一種串聯式Z源三電平逆變器及方法的解決方案，具體如下:
[0005]一種串聯式Z源三電平逆變器，包括第一直流電源Udcl和第二直流電源Udc2，第一直流電源Udcl的正極同第一串聯式Z源網絡相電連接，所述的第二直流電源Udc2的負極同第二串聯式Z源網絡相電連接，第一串聯式Z源網絡和第二串聯式Z源網絡均同三電平NPC逆變電路相電連接，三電平NPC逆變電路同A相負載、B相負載和C相負載相電連接。
[0006]所述的第一串聯式Z源網絡包括第一電容Cl和第二電容C2，所述的第一電容Cl的一極同第一電感LI的一極和第一直流電源Udcl的正極相電連接,第一電感LI的另一極同第一二極管Dl的正極和第二電容C2的一極相電連接,第一電容Cl的另一極同第二電感L2的一極和第一二極管Dl的負極相電連接,第二電容C2的另一極同第二電感L2的另一極相電連接。
[0007]所述的第二串聯式Z源網絡包括第三電容C3和第四電容C4，所述的第三電容C3的一極同第三電感L3的一極和第二直流電源Udc2的負極相電連接，第三電感L3的另一極同第二二極管D2的負極和第四電容C4的一極相電連接，第三電容C3的另一極同第四電感L4的一極和第二二極管D2的正極相電連接，第四電容C4的另一極同第四電感L4的另一極相電連接。
[0008]所述的三電平NPC逆變電路包括相互并聯的第一三電平NPC逆變分電路、第二三電平NPC逆變分電路以及第三三電平NPC逆變分電路，其中第一三電平NPC逆變分電路包括第一開關管TA1，第一開關管TAl的集電極同第五二極管5的負極相電連接，第一開關管TAl的發射極同第三二極管DAl的負極、第六二極管6的負極、第二開關管TA2的集電極以及第五二極管5的正極相電連接，第二開關管TA2的發射極同第六二極管6的正極、第三開關管TA3的集電極、第七二極管7的負極以及A相負載相電連接，第三開關管TA3的發射極同第七二極管7的正極、第四開關管TA4的集電極、第八二極管8的負極以及第四二極管DA2的正極相電連接，第四開關管TA4的發射極同第八二極管8的正極相電連接；第二三電平NPC逆變分電路包括第五開關管TB1，第五開關管TBl的集電極同第十一二極管11的負極相電連接，第五開關管TBl的發射極同第九二極管DBl的負極、第十二二極管12的負極、第六開關管TB2的集電極以及第十一二極管11的正極相電連接，第六開關管TB2的發射極同第十二二極管12的正極、第七開關管TB3的集電極、第十三二極管13的負極以及B相負載相電連接，第七開關管TB3的發射極同第十三二極管13的正極、第八開關管TB4的集電極、第十四二極管14的負極以及第十二極管DB2的正極相電連接，第八開關管TB4的發射極同第十四二極管14的正極相電連接；第三三電平NPC逆變分電路包括第九開關管TC1，第九開關管TCl的集電極同第十七二極管17的負極相電連接，第九開關管TCl的發射極同第十五二極管DCl的負極、第十八二極管18的負極、第十開關管TC2的集電極以及第十七二極管17的正極相電連接，第十開關管TC2的發射極同第十八二極管18的正極、第十一開關管TC3的集電極、第十九二極管19的負極以及C相負載相電連接，第十一開關管TC3的發射極同第十九二極管19的正極、第十二開關管TC4的集電極、第二十二極管20的負極以及第十六二極管DC2的正極相電連接，第十二開關管TC4的發射極同第二十二極管20的正極相電連接；所述的第一開關管TAl的集電極、第五開關管TBl的集電極以及第九開關管TCl的集電極同所述的第二電容C2的一極相電連接；所述的第四開關管TA4的發射極、第八開關管TB4的發射極以及第十二開關管TC4的發射極同所述的第四電感L4的另一極相電連接；所述的第一直流電源Udcl的負極、第二直流電源Udc2的正極、第三二極管DAl的正極、第四二極管DA2的負極、第九二極管DBl的正極、第十二極管DB2的負極、第十五二極管的正極和第十六二極管的負極相電連接。
[0009]所述的第一電感LI的電感值、第二電感L2的電感值、第三電感L3的電感值和第四電感L4的電感值均為L，L為大于零的實數，所述的第一電容Cl的電容值、第二電容C2的電容值、第三電容C3的電容值和第四電容C4的電容值均為C，C為大于零的實數，所述的第一直流電源Udcl的電壓值和第二直流電源Udc2的電壓值均為Udc，Udc為實數，這樣就能滿足如下的公式組(I)的條件:
【權利要求】
1.一種串聯式Z源三電平逆變器，其特征在于包括第一直流電源(Udcl)和第二直流電源(Udc2)，第一直流電源(Udcl)的正極同第一串聯式Z源網絡相電連接，所述的第二直流電源(Udc2)的負極同第二串聯式Z源網絡相電連接，第一串聯式Z源網絡和第二串聯式Z源網絡均同三電平NPC逆變電路相電連接，三電平NPC逆變電路同A相負載、B相負載和C相負載相電連接。
2.根據權利要求1所述的串聯式Z源三電平逆變器，其特征在于所述的第一串聯式Z源網絡包括第一電容(Cl)和第二電容(C2),所述的第一電容(Cl)的一極同第一電感(LI)的一極和第一直流電源(Udcl)的正極相電連接,第一電感(LI)的另一極同第一二極管(Dl)的正極和第二電容(C2)的一極相電連接,第一電容(Cl)的另一極同第二電感(L2)的一極和第一二極管(Dl)的負極相電連接，第二電容(C2)的另一極同第二電感(L2)的另一極相電連接。
3.根據權利要求2所述的串聯式Z源三電平逆變器，其特征在于所述的第二串聯式Z源網絡包括第三電容(C3)和第四電容(C4)，所述的第三電容(C3)的一極同第三電感(L3)的一極和第二直流電源(Udc2)的負極相電連接，第三電感(L3)的另一極同第二二極管(D2)的負極和第四電容(C4)的一極相電連接，第三電容(C3)的另一極同第四電感(L4)的一極和第二二極管(D2)的正極相電連接，第四電容(C4)的另一極同第四電感(L4)的另一極相電連接。
4.根據權利要求3所述的串聯式Z源三電平逆變器，其特征在于三電平NPC逆變電路包括相互并聯的第一三電平NPC逆變分電路、第二三電平NPC逆變分電路以及第三三電平NPC逆變分電路，其 中第一三電平NPC逆變分電路包括第一開關管(TAl)，第一開關管(TAl)的集電極同第五二極管(5)的負極相電連接，第一開關管(TAl)的發射極同第三二極管(DAl)的負極、第六二極管(6)的負極、第二開關管(TA2)的集電極以及第五二極管(5)的正極相電連接，第二開關管(TA2)的發射極同第六二極管(6)的正極、第三開關管(TA3)的集電極、第七二極管(7)的負極以及A相負載相電連接，第三開關管(TA3)的發射極同第七二極管(7)的正極、第四開關管(TA4)的集電極、第八二極管(8)的負極以及第四二極管(DA2)的正極相電連接，第四開關管(TA4)的發射極同第八二極管(8)的正極相電連接；第二三電平NPC逆變分電路包括第五開關管(TB1)，第五開關管(TBl)的集電極同第十一二極管(11)的負極相電連接，第五開關管(TBl)的發射極同第九二極管(DBl)的負極、第十二二極管(12)的負極、第六開關管(TB2)的集電極以及第十一二極管(11)的正極相電連接，第六開關管(TB2)的發射極同第十二二極管(12)的正極、第七開關管(TB3)的集電極、第十三二極管(13)的負極以及B相負載相電連接，第七開關管(TB3)的發射極同第十三二極管(13)的正極、第八開關管(TB4)的集電極、第十四二極管(14)的負極以及第十二極管(DB2)的正極相電連接，第八開關管(TB4)的發射極同第十四二極管(14)的正極相電連接；第三三電平NPC逆變分電路包括第九開關管(TC1)，第九開關管(TCl)的集電極同第十七二極管(17)的負極相電連接，第九開關管(TCl)的發射極同第十五二極管(DCl)的負極、第十八二極管(18)的負極、第十開關管(TC2)的集電極以及第十七二極管(17)的正極相電連接，第十開關管(TC2)的發射極同第十八二極管(18)的正極、第十一開關管(TC3)的集電極、第十九二極管(19)的負極以及C相負載相電連接，第十一開關管(TC3)的發射極同第十九二極管(19)的正極、第十二開關管(TC4)的集電極、第二十二極管(20)的負極以及第十六二極管(DC2)的正極相電連接，第十二開關管(TC4)的發射極同第二十二極管(20)的正極相電連接；所述的第一開關管(TAl)的集電極、第五開關管(TBl)的集電極以及第九開關管(TCl)的集電極同所述的第二電容(C2)的一極相電連接；所述的第四開關管(TA4)的發射極、第八開關管(TB4)的發射極以及第十二開關管(TC4)的發射極同所述的第四電感(L4)的另一極相電連接；所述的第一直流電源(Udcl)的負極、第二直流電源(Udc2)的正極、第三二極管(DAl)的正極、第四二極管(DA2)的負極、第九二極管(DBl)的正極、第十二極管(DB2)的負極、第十五二極管的正極和第十六二極管的負極相電連接。
5.根據權利要求4所述的串聯式Z源三電平逆變器，其特征在于所述的第一電感(LI)的電感值、第二電感(L2)的電感值、第三電感(L3)的電感值和第四電感(L4)的電感值均為L，L為大于零的實數，所述的第一電容(Cl)的電容值、第二電容(C2)的電容值、第三電容(C3)的電容值和第四電容(C4)的電容值均為C，C為大于零的實數，所述的第一直流電源(Udcl)的電壓值和第二直流電源(Udc2)的電壓值均為Udc，Udc為實數，這樣就能滿足如下的公式組(I)的條件:
-UL2 - Uu 二 Ul4 = Ul( I )
[Uci 二 Uc2 = Uc3=Ue4=Uc 其中Uli為第一電感(LI)的電感電壓值，Ul2為第二電感(L2)的電感電壓值，Ul3為第三電感(L3)的電感電壓值，Um為第四電感(L4)的電感電壓值，Ua為第一電容(Cl)的電容電壓值，Uc2為第二電容(C2)的電容電壓值，Uc3為第三電容(C3)的電容電壓值，Uc4為第四電容(C4)的電容電壓值，Uu、Ul2、Ul3以及Um相等且均為隊，Ua、U c 2、UC3以及Uc4相等且均為U c，隊以及Uc均為實數值。
6.根據權利要求3所述的串聯式Z源三電平逆變器的電容電壓防沖擊的方法，其特征在于，如下所示: 當第一開關管(TAl)、第二開關管(TA2)、第一二極管(Dl)和第二二極管(D2)處于導通狀態時，這樣A相負載就處于非直通+1狀態，并且針對處于非直通+1狀態下的A相負載的輸出電壓為A/2;當第二開關管(TA2)、第三開關管(TA3)、第一二極管(Dl)和第二二極管(D2)處于導通狀態，并且第三二極管(DAl)或者第四二極管(DA2)也處于導通狀態時，這樣A相負載就處于非直通O狀態，并且針對處于非直通O狀態下的A相負載的輸出電壓為O ;當第三開關管(TA3)、第四開關管(TA4)、第一二極管(Dl)和第二二極管(D2)處于導通狀態時，這樣A相負載就處于非直通-1狀態，并且針對處于非直通-1狀態下的A相負載的輸出電壓為-仏/2 ;當第一開關管(TAl)、第二開關管(TA2)、第三開關管(TA3)和第四二極管(DA2)處于導通狀態時，這樣A相負載就處于上直通狀態，并且針對處于上直通狀態下的A相負載的輸出電壓為O;當第二開關管(TA2)、第三開關管(TA3)、第四開關管(TA4)和第三二極管(DAl)處于導通狀態時，這樣A相負載就處于下直通狀態，并且針對處于下直通狀態下的A相負載的輸出電壓為O ;而處于非直通+1狀態的A相負載、處于非直通O狀態的A相負載以及處于非直通-1狀態的A相負載就組成了處于非直通狀態的A相負載； 當第五開關管(TBl)、第六開關管(TB2)、第一二極管(Dl)和第二二極管(D2)處于導通狀態時，這樣B相負載就處于非直通+1狀態，并且針對處于非直通+1狀態下的B相負載的輸出電壓為A/2;當第六開關管(TB2)、第七開關管(TB3)、第一二極管(Dl)和第二二極管(D2)處于導通狀態，并且第九二極管(DBl)或者第十二極管(DB2)也處于導通狀態時，這樣B相負載就處于非直通O狀態，并且針對處于非直通O狀態下的B相負載的輸出電壓為O ;當第七開關管(TB3)、第八開關管(TB4)、第一二極管(Dl)和第二二極管(D2)處于導通狀態時，這樣B相負載就處于非直通-1狀態，并且針對處于非直通-1狀態下的B相負載的輸出電壓為-仏/2 ;當第五開關管(TBl)、第六開關管(TB2)、第七開關管(TB3)和第十二極管(DB2)處于導通狀態時，這樣B相負載就處于上直通狀態，并且針對處于上直通狀態下的B相負載的輸出電壓為O;當第六開關管(TB2)、第七開關管(TB3)、第八開關管(TB4)和第九二極管(DBl)處于導通狀態時，這樣B相負載就處于下直通狀態，并且針對處于下直通狀態下的B相負載的輸出電壓為O ;而處于非直通+1狀態的B相負載、處于非直通O狀態的B相負載以及處于非直通-1狀態的B相負載就組成了處于非直通狀態的B相負載；當第九開關管(TCl)、第十開關管(TC2)、第一二極管(Dl)和第二二極管(D2)處于導通狀態時，這樣C相負載就處于非直通+1狀態，并且針對處于非直通+1狀態下的C相負載的輸出電壓為A/2;當第十開關管(TC2)、第十一開關管(TC3)、第一二極管(Dl)和第二二極管(D2)處于導通狀態，并且第十五二極管(DCl)或者第十六二極管(DC2)也處于導通狀態時，這樣C相負載就處于非直通O狀態，并且針對處于非直通O狀態下的C相負載的輸出電壓為O;當第十一開關管(TC3)、第十二開關管(TC4)、第一二極管(Dl)和第二二極管(D2)處于導通狀態時，這樣C相負載就處于非直通-1狀態，并且針對處于非直通-1狀態下的C相負載的輸出電壓為-%/2;當第九開關管(TCl)、第十開關管(TC2)、第十一開關管(TC3)和第十六二極管(DC2)處于導通狀態時，這樣C相負載就處于上直通狀態，并且針對處于上直通狀態下的C相負載的輸出電壓為O ;當第十開關管(TC2)、第十一開關管(TC3)、第十二開關管(TC4)和第十五二極管(DCl)處于導通狀態時，這樣C相負載就處于下直通狀態，并且針對處于下直通狀態下的C相負載的輸出電壓為O ;而處于非直通+1狀態的C相負載、處于非直通O狀態的C相負載以及處于非直通-1狀態的C相負載就組成了處于非直通狀態的C相負載； 所述的Ui為所述的串聯式Z源三電平逆變器的直流鏈峰值電壓值； 這樣A相負載處于非直通狀態時、B相負載處于非直通狀態時或者C相負載處于非直通狀態時，所述的串聯式Z源三電平逆變器就完成正常的逆變過程，該正常的逆變過程中所述的三電平NPC逆變電路以同第一直流電源(Udcl)的負極和第二直流電源(Udc2)的正極相電連接的結構為中心，以此分離等效為兩個電流源，由此第一直流電源(Udcl)和第二直流電源(Udc2)向A相負載、B相負載和C相負載輸出電壓來產生輸出功率，第一直流電源(Udcl)和第二直流電源(Udc2)向A相負載、B相負載或C相負載輸出的電壓有三種，該三種電壓分別為第一輸出電壓U+N、第二輸出電壓Un以及第三輸出電壓U_N，滿足公式組(2)的條件:
【文檔編號】H02M7/537GK103997244SQ201410193214
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月8日 優先權日:2014年5月8日
【發明者】宋奇吼, 劉盛烺, 陳莉, 楊飏, 童巖峰, 戴麗君 申請人:南京鐵道職業技術學院