提高z源三電平中點鉗位式逆變器輸出電壓的裝置及方法
【專利摘要】一種提高Z源三電平中點鉗位式逆變器輸出電壓的裝置及方法，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一二極管的正極相電連接，所述的第一二極管的負極和第一直流電源的負極同帶有第一開關(guān)電感和第二開關(guān)電感的第一Z源網(wǎng)絡(luò)相電連接，第二直流電源的正極同第二二極管的正極相電連接，所述的第二二極管的負極和第二直流電源的負極同帶有第三開關(guān)電感和第四開關(guān)電感的第二Z源網(wǎng)絡(luò)相電連接，第一Z源網(wǎng)絡(luò)和第二Z源網(wǎng)絡(luò)均同三電平NPC逆變電路相電連接，三電平NPC逆變電路同三相電的A相、B相和C相相電連接。這樣的結(jié)構(gòu)結(jié)合其方法避免了現(xiàn)有技術(shù)中現(xiàn)在還沒有可靠有效的提高Z源三電平逆變器的輸出電壓的方法的缺陷。
【專利說明】提高Z源三電平中點鉗位式逆變器輸出電壓的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于點鉗位式逆變器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種提高Z源三電平中點鉗位式逆變器的輸出電壓的的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多電平逆變器具有耐壓水平高、轉(zhuǎn)換功率大、開關(guān)損耗小、輸出諧波含量低的優(yōu)點，但多電平逆變器通常為降壓型逆變器，為提高系統(tǒng)輸出的電壓需要增加前級回路，造成系統(tǒng)損耗增加控制難度增大。Z源中點鉗位逆變器將特性應(yīng)用到三電平逆變器中，能有效提高三電平逆變器的輸出電壓。理論上Z源網(wǎng)絡(luò)的范圍能達到無窮大，但由于直通占空比D與調(diào)制度M存在相互制約的關(guān)系，當系統(tǒng)要求很高時會造成調(diào)制度M過小，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是現(xiàn)在還沒有可靠有效的提高Z源三電平逆變器的輸出電壓的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的提供一種提高Z源三電平中點鉗位式逆變器輸出電壓的裝置及方法，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一二極管的正極相電連接，所述的第一二極管的負極和第一直流電源的負極同帶有第一開關(guān)電感和第二開關(guān)電感的第一 Z源網(wǎng)絡(luò)相電連接，第二直流電源的正極同第二二極管的正極相電連接，所述的第二二極管的負極和第二直流電源的負極同帶有第三開關(guān)電感和第四開關(guān)電感的第二Z源網(wǎng)絡(luò)相電連接，第一 Z源網(wǎng)絡(luò)和第二 Z源網(wǎng)絡(luò)均同三電平NPC逆變電路相電連接，三電平NPC逆變電路同三相電的A相、B相和C相相電連接。這樣的結(jié)構(gòu)結(jié)合其方法避免了現(xiàn)有技術(shù)中現(xiàn)在還沒有可靠有效的提高Z源三電平逆變器的輸出電壓的方法的缺陷。
[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種提高Z源三電平中點鉗位式逆變器的輸出電壓的方法的解決方案，具體如下:
[0005]一種提高Z源三電平中點鉗位式逆變器的輸出電壓的裝置，包括第一直流電源Udcl和第二直流電源Ude2，第一直流電源Udcl的正極同第一二極管Din的正極相電連接，所述的第一二極管Din的負極和第一直流電源Udcl的負極同帶有第一開關(guān)電感和第二開關(guān)電感的第一 Z源網(wǎng)絡(luò)相電連接，第二直流電源Ude2的正極同第二二極管0'^的正極相電連接，所述的第二二極管D'in的負極和第二直流電源Udc2的負極同帶有第三開關(guān)電感和第四開關(guān)電感的第二 Z源網(wǎng)絡(luò)相電連接，第一 Z源網(wǎng)絡(luò)和第二 Z源網(wǎng)絡(luò)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 Z源網(wǎng)絡(luò)包括第一電容C1和第二電容C2,所述的第一電容C1的一極同第一電感L1的一極、第一二極管Din的負極以及第三二極管D1的正極相電連接，第一電感L1的另一極同第四二極管D2的正極以及第五二極管D3的正極相電連接，第四二極管D2的負極同第三二極管D1的負極以及第二電感L2的一極相電連接，所述的第五二極管D3的負極同第二電容C2的一極以及第二電感L2的另一極相電連接，第一電感L1、第二電感L2、第三二極管D1、第四二極管D2以及第五二極管D3構(gòu)成了第一開關(guān)電感；所述的第一電容C1的另一極同第三電感L3的一極以及第六二極管隊的正極相電連接，所述的第六二極管D4的負極同第七二極管D5的負極以及第四電感L4的一極相電連接，所述的第七二極管D5的正極同第八二極管隊的正極以及第三電感L3的另一極相電連接，所述的第八二極管D6的負極同第二電容C2的另一極、第一直流電源Udca的負極以及第四電感L4的另一極相電連接，第三電感L3、第四電感L4、第六二極管D4、第七二極管D5以及第八二極管D6構(gòu)成了第二開關(guān)電感。
[0007]所述的第二 Z源網(wǎng)絡(luò)包括第三電容C’ !和第四電容C’ 2，所述的第三電容
[0008]C’ !的一極同第五電感L’ !的一極、第二二極管D’ in的負極以及第九二極管D’ !的正極相電連接，第五電感L’!的另一極同第十二極管D’ 2的正極以及第十一二極管D’ 3的正極相電連接，第十二極管D’2的負極同第九二極管D’!的負極以及第六電感L’2的一極相電連接，所述的第十一二極管D’ 3的負極同第四電容C’ 2的一極以及第六電感L’ 2的另一極相電連接，第五電感L’ 1、第六電感L’ 2、第九二極管D’ 1、第十二極管D’ 2以及第十一二極管D’ 3構(gòu)成了第三開關(guān)電感；所述的第三電容C’i的另一極同第七電感L’3的一極以及第十二二極管D’4的正極相電連接，所述的第十二二極管D’4的負極同第十三二極管D’5的負極以及第八電感L’ 4的一極相電連接，所述的第十三二極管D’ 5的正極同第十四二極管
[0009]D’6的正極以及第七電感L’3的另一極相電連接，所述的第十四二極管D’6的負極同第四電容C’ 2的另一極、第二直流電源Udc2的負極以及第八電感L’ 4的另一極相電連接，第七電感L’ 3、第八電感L’ 4、第十二二極管D’ 4、第十三二極管D’ 5以及第十四二極管D’ 6構(gòu)成了第四開關(guān)電感。
[0010]所述的三電平NPC逆變電路包括相互并聯(lián)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(guān)管Tai，第一開關(guān)管Tai的集電極同第十七二極管17的負極相電連接，第一開關(guān)管Tai的發(fā)射極同第十五二極管15的負極、第十八二極管18的負極、第二開關(guān)管Ta2的集電極以及第十七二極管17的正極相電連接，第二開關(guān)管Ta2的發(fā)射極同第十八二極管18的正極、第三開關(guān)管Ta3的集電極、第十九二極管19的負極以及A相負載相電連接，第三開關(guān)管Ta3的發(fā)射極同第十九二極管19的正極、第四開關(guān)管Ta4的集電極、第二十二極管20的負極以及第十六二極管16的正極相電連接，第四開關(guān)管Ta4的發(fā)射極同第二十二極管20的正極相電連接；第二三電平NPC逆變分電路包括第五開關(guān)管Tbi，第五開關(guān)管Tbi的集電極同第二十三二極管23的負極相電連接，第五開關(guān)管Tbi的發(fā)射極同第二十一二極管21的負極、第二十四二極管24的負極、第六開關(guān)管Tb2的集電極以及第二十三二極管23的正極相電連接，第六開關(guān)管Tb2的發(fā)射極同第二十四二極管24的正極、第七開關(guān)管Tb3的集電極、第二十五二極管19的負極以及B相負載相電連接，第七開關(guān)管Tb3的發(fā)射極同第二十五二極管25的正極、第八開關(guān)管Tb4的集電極、第二十六二極管26的負極以及第二十二二極管22的正極相電連接，第八開關(guān)管Tb4的發(fā)射極同第二十六二極管26的正極相電連接；第三三電平NPC逆變分電路包括第九開關(guān)管Ta，第九開關(guān)管Ta的集電極同第二十九二極管29的負極相電連接，第九開關(guān)管Ta的發(fā)射極同第二十七二極管27的負極、第三十二極管30的負極、第十開關(guān)管的集電極以及第二十九二極管29的正極相電連接，第十開關(guān)管Tk的發(fā)射極同第三十二極管30的正極、第十一開關(guān)管Ira的集電極、第三十一二極管31的負極以及C相負載相電連接，第十一開關(guān)管Tra的發(fā)射極同第三十一二極管31的正極、第十二開關(guān)管Tw的 集電極、第三十二二極管32的負極以及第二十八二極管28的正極相電連接，第十二開關(guān)管Tw的發(fā)射極同第三十二二極管32的正極相電連接；所述的第一開關(guān)管Tai的集電極、第五開關(guān)管Tbi的集電極以及第九開關(guān)管Ta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(guān)管Ta4的集電極、第八開關(guān)管Tb4的集電極以及第十二開關(guān)管Tc4的集電極同所述的第三電容C、的一極相電連接；所述的第十一二極管0’3的負極和第六二極管D4的正極同第十五二極管15的正極、第十六二極管16的負極、第二十一二極管21的正極、第二十二二極管22的負極、第二十七二極管27的正極以及第二十八二極管28的負極相電連接。
[0011]所述的第一電感L1的電感值、第二電感L2的電感值、第三電感L3的電感值、第四電感L4的電感值、第五電感L’ ι的電感值、第六電感L’ 2的電感值、第七電感L’ 3的電感值以及第八電感L’ 4的電感值均為L，L為大于零的實數(shù)，所述的第一電容C1的電容值、第二電容C2的電容值、第三電容C’ I的電容值和第四電容C’ 2的電容值均為C，C為大于零的實數(shù)，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(shù)，這樣就能滿足如下的公式組(I)的條件:
【權(quán)利要求】
1.一種提高Z源三電平中點鉗位式逆變器的輸出電壓的裝置，其特征在于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一二極管的正極相電連接，所述的第一二極管的負極和第一直流電源的負極同帶有第一開關(guān)電感和第二開關(guān)電感的第一 Z源網(wǎng)絡(luò)相電連接，第二直流電源的正極同第二二極管的正極相電連接，所述的第二二極管的負極和第二直流電源的負極同帶有第三開關(guān)電感和第四開關(guān)電感的第二Z源網(wǎng)絡(luò)相電連接，第一 Z源網(wǎng)絡(luò)和第二 Z源網(wǎng)絡(luò)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(jù)權(quán)利要求2所述的提高Z源三電平中點鉗位式逆變器的輸出電壓的裝置，其特征在于所述的第一 Z源網(wǎng)絡(luò)包括第一電容和第二電容，所述的第一電容的一極同第一電感的一極、第一二極管的負極以及第三二極管的正極相電連接，第一電感的另一極同第四二極管的正極以及第五二極管的正極相電連接，第四二極管的負極同第三二極管的負極以及第二電感的一極相電連接，所述的第五二極管的負極同第二電容的一極以及第二電感的另一極相電連接，第一電感、第二電感、第三二極管、第四二極管以及第五二極管構(gòu)成了第一開關(guān)電感；所述的第一電容的另一極同第三電感的一極以及第六二極管的正極相電連接，所述的第六二極管的負極同第七二極管的負極以及第四電感的一極相電連接，所述的第七二極管的正極同第八二極管的正極以及第三電感的另一極相電連接，所述的第八二極管的負極同第二電容的另一極、第一直流電源的負極以及第四電感的另一極相電連接，第三電感、第四電感、第六二極管、第七二極管以及第八二極管構(gòu)成了第二開關(guān)電感。
3.根據(jù)權(quán)利 要求2所述的提高Z源三電平中點鉗位式逆變器的輸出電壓的裝置，其特征在于所述的第二 Z源網(wǎng)絡(luò)包括第三電容和第四電容，所述的第三電容的一極同第五電感的一極、第二二極管的負極以及第九二極管的正極相電連接，第五電感的另一極同第十二極管的正極以及第十一二極管的正極相電連接，第十二極管的負極同第九二極管的負極以及第六電感的一極相電連接，所述的第十一二極管的負極同第四電容的一極以及第六電感的另一極相電連接，第五電感、第六電感、第九二極管、第十二極管以及第十一二極管構(gòu)成了第三開關(guān)電感；所述的第三電容的另一極同第七電感的一極以及第十二二極管的正極相電連接，所述的第十二二極管的負極同第十三二極管的負極以及第八電感的一極相電連接，所述的第十三二極管的正極同第十四二極管的正極以及第七電感的另一極相電連接，所述的第十四二極管的負極同第四電容的另一極、第二直流電源的負極以及第八電感的另一極相電連接，第七電感、第八電感、第十二二極管、第十三二極管以及第十四二極管構(gòu)成了第四開關(guān)電感。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高Z源三電平中點鉗位式逆變器的輸出電壓的裝置，其特征在于所述的三電平NPC逆變電路包括相互并聯(lián)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(guān)管，第一開關(guān)管的集電極同第十七二極管的負極相電連接，第一開關(guān)管的發(fā)射極同第十五二極管的負極、第十八二極管的負極、第二開關(guān)管的集電極以及第十七二極管的正極相電連接，第二開關(guān)管的發(fā)射極同第十八二極管的正極、第三開關(guān)管的集電極、第十九二極管的負極以及A相負載相電連接，第三開關(guān)管的發(fā)射極同第十九二極管的正極、第四開關(guān)管的集電極、第二十二極管的負極以及第十六二極管的正極相電連接，第四開關(guān)管Ta4的發(fā)射極同第二十二極管的正極相電連接；第二三電平NPC逆變分電路包括第五開關(guān)管，第五開關(guān)管的集電極同第二十三二極管的負極相電連接，第五開關(guān)管的發(fā)射極同第二十一二極管的負極、第二十四二極管的負極、第六開關(guān)管的集電極以及第二十三二極管的正極相電連接，第六開關(guān)管的發(fā)射極同第二十四二極管的正極、第七開關(guān)管的集電極、第二十五二極管的負極以及B相負載相電連接，第七開關(guān)管的發(fā)射極同第二十五二極管的正極、第八開關(guān)管的集電極、第二十六二極管的負極以及第二十二二極管的正極相電連接，第八開關(guān)管的發(fā)射極同第二十六二極管的正極相電連接；第三三電平NPC逆變分電路包括第九開關(guān)管，第九開關(guān)管的集電極同第二十九二極管的負極相電連接，第九開關(guān)管的發(fā)射極同第二十七二極管的負極、第三十二極管的負極、第十開關(guān)管的集電極以及第二十九二極管的正極相電連接，第十開關(guān)管的發(fā)射極同第三十二極管的正極、第十一開關(guān)管的集電極、第三十一二極管的負極以及C相負載相電連接，第十一開關(guān)管的發(fā)射極同第三十一二極管的正極、第十二開關(guān)管的集電極、第三十二二極管的負極以及第二十八二極管的正極相電連接，第十二開關(guān)管的發(fā)射極同第三十二二極管的正極相電連接；所述的第一開關(guān)管的集電極、第五開關(guān)管的集電極以及第九開關(guān)管的集電極同所述的第二電容的一極相電連接；所述的第四開關(guān)管的集電極、第八開關(guān)管的集電極以及第十二開關(guān)管的集電極同所述的第三電容的一極相電連接；所述的第十 一二極管的負極和第六二極管的正極同第十五二極管的正極、第十六二極管的負極、第二十一二極管的正極、第二十二二極管的負極、第二十七二極管的正極以及第二十八二極管的負極相電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提高Z源三電平中點鉗位式逆變器的輸出電壓的裝置，其特征在于所述的第一電感L1的電感值、第二電感L2的電感值、第三電感的電感值、第四電感的電感值、第五電感的電感值、第六電感的電感值、第七電感的電感值以及第八電感的電感值均為L，L為大于零的實數(shù)，所述的第一電容C1的電容值、第二電容C2的電容值、第三電容C’ ι的電容值和第四電容C%的電容值均為C，C為大于零的實數(shù)，所述的第一直流電源的電壓值和第二直流電源的電壓值均為udc;，ud。為實數(shù)，這樣就能滿足如下的公式組(I)的條件:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述所述的提高Z源三電平中點鉗位式逆變器的輸出電壓的裝置的提高輸出電壓的方法，其特征在于如下所示: 當在第一二極管和第二二極管分別導通第一直流電源和第二直流電源的條件下，在一個開關(guān)周期內(nèi)，在第一開關(guān)管和第二開關(guān)管為導通狀態(tài)而第三開關(guān)管和第四開關(guān)管為關(guān)斷狀態(tài)下，針對A相負載的輸出電壓就處于非直通+1狀態(tài)；在第二開關(guān)管和第三開關(guān)管為導通狀態(tài)而第一開關(guān)管和第四開關(guān)管為關(guān)斷狀態(tài)下，針對A相負載的輸出電壓就處于非直通O狀態(tài)；在第一開關(guān)管和第二開關(guān)管為關(guān)斷狀態(tài)而第三開關(guān)管和第四開關(guān)管為導通狀態(tài)下，針對A相負載的輸出電壓就處于非直通-1狀態(tài)； 當在第一二極管和第二二極管分別導通第一直流電源和第二直流電源的條件下，在一個開關(guān)周期內(nèi)，在第五開關(guān)管和第六開關(guān)管為導通狀態(tài)而第七開關(guān)管和第八開關(guān)管為關(guān)斷狀態(tài)下，針對B相負載的輸出電壓就處于非直通+1狀態(tài)；在第六開關(guān)管和第七開關(guān)管為導通狀態(tài)而第五開關(guān)管和第八開關(guān)管為關(guān)斷狀態(tài)下，針對B相負載的輸出電壓就處于非直通O狀態(tài)；在第五開關(guān)管和第六開關(guān)管為關(guān)斷狀態(tài)而第七開關(guān)管和第八開關(guān)管為導通狀態(tài)下，針對B相負載的輸出電壓就處于非直通-1狀態(tài)； 當在第一二極管和第二二極管分別導通第一直流電源和第二直流電源的條件下，在一個開關(guān)周期內(nèi)，在第九開關(guān)管和第十開關(guān)管為導通狀態(tài)而第十一開關(guān)管和第十二開關(guān)管為關(guān)斷狀態(tài)下，針對C相負載的輸出電壓就處于非直通+1狀態(tài)；在第十開關(guān)管和第十一開關(guān)管為導通狀態(tài)而第九開關(guān)管Ta和第十二開關(guān)管為關(guān)斷狀態(tài)下，針對C相負載的輸出電壓就處于非直通O狀態(tài)；在第九開關(guān)管和第十開關(guān)管為關(guān)斷狀態(tài)而第十一開關(guān)管和第十二開關(guān)管為導通狀態(tài)下，針對C相負載的輸出電壓就處于非直通-1狀態(tài)； 這樣當在第一二極管和第二二極管分別導通第一直流電源和第二直流電源的條件下，在一個開關(guān)周期內(nèi)，也就滿足了如公式(2)組內(nèi)的條件:
【文檔編號】H02M7/487GK104038089SQ201410193818
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】宋奇吼, 葉云飛, 陳莉, 楊飏, 童巖峰, 戴麗君 申請人:南京鐵道職業(yè)技術(shù)學院