基于Simulink的改進(jìn)Z源逆變器的設計

摘要：與傳統逆變器相比，文章提出的改進(jìn)型Z源逆變器不僅可以減小電容和電感，同時(shí)電容的電壓應力得到有效降低。文中首先對其電路工作原理進(jìn)行分析，得到各參數的設計方法，再由計算及仿真，推算出開(kāi)關(guān)管上的電流應力確實(shí)有效降低，并在Simulink中驗證了該改進(jìn)型Z源設計的合理性。

　　0 引 言

　　太陽(yáng)能在我國低碳化產(chǎn)業(yè)中起著(zhù)至關(guān)重要的作用，因而太陽(yáng)能中所用的逆變器無(wú)疑是研究的熱點(diǎn)。

　　常規的電壓源型逆變器同一橋臂的上下兩個(gè)功率管如果同時(shí)導通會(huì )發(fā)生短路現象，從而損壞功率管，因此需要加入死區時(shí)間，而死區時(shí)間會(huì )導致輸出波形的畸變。

　　同時(shí)電壓源型逆變器輸出電壓低于直流輸入電壓，在輸入電壓較低或者輸入電壓變化幅度比較大的場(chǎng)合，需要在前一級加入升壓電路。而電流源型逆變器則是逆變器輸出電壓高于直流輸入電壓。因此浙江大學(xué)彭方正教授提出的Z源逆變器能夠有效地解決這些不足。一般用的比較多的是電壓源型逆變器，下面將主要討論電壓源型逆變器。

　　電壓源型Z源逆變器同樣有一些缺點(diǎn)，比如在升壓模式下，輸入電流不連續和電容承受電壓過(guò)大，因而要求電容的最大承受電壓能力大，從而增加成本。本文針對傳統Z源逆變器的這些缺點(diǎn)，提出了改進(jìn)型Z源的拓撲結構，并分析了穩定狀態(tài)的工作原理以及其控制策略，闡述了其對于電容上電壓耐壓值降低的原因，同時(shí)分析了其開(kāi)關(guān)管與傳統Z源在電壓電流應力上面的改進(jìn)。

　　1 電路工作原理

　　1.1穩態(tài)工作原理

　　與傳統Z源逆變器一樣，改進(jìn)型Z源逆變器也是通過(guò)逆變器橋臂的直通狀態(tài)來(lái)達到升壓目的，如圖1所示。逆變器處于6種有效矢量狀態(tài)即非直通狀態(tài)時(shí)，工作狀態(tài)如圖2（a）所示。而當逆變器處于直通狀態(tài)時(shí)，工作狀態(tài)如圖2（b）所示。

圖1　改進(jìn)型Z源拓撲電路

（a）　非直通狀態(tài)

(b)　直通狀態(tài)

圖2　改進(jìn)型Z源逆變器工作狀態(tài)

　　圖2中，兩個(gè)電感和電容的取值相等，直通占空比為D0.非直通狀態(tài)時(shí)：

　　直通狀態(tài)時(shí)：

　　由于穩態(tài)時(shí)電感上的平均電壓為零，所以：

　　因此：