抽头电感单级升压逆变器的无源网络设计与参数极限值估计
0引言
传统的电压源逆变器(voltage-sourceinverter，VSI)是降压型变换器，在输入电压较低和变化范围较大的场合，如新能源发电系统，通常需要在其前级加入DC/DC升压电路[1-4]。这种架构增加了系统的复杂性，降低了可靠性。近年来，可同时实现升压和逆变功能的单级逆变器近年来成为一个研究热点[5-8]。其中，Z源逆变器(Z-sourceinverter，ZSI)[8]受到了广泛的关注，它是在三相逆变桥与输入电源间增加一个对称LC无源网络得到的，通过控制桥臂的直通时间，可以实现单级升压变换。由于桥臂直通成为逆变器的一种正常工作模式，不会出现直通而损坏逆变桥，提高了整机的可靠性；同时，由于没有死区补偿的问题，从根本上避免了输出电压波形的畸变。基于上述优点，Z源逆变器被广泛应用于新能源发电系统[9-12]。然而，Z源网络只是通过控制桥臂直通时间来调节母线电压，直通时间受到调制比的限制，过大的直通占空比反而会减小调制比和输出电压幅值，并增加桥臂开关管的电压应力和输出波形的谐波含量[13]。
文献[14]提出的电压源型准Z源逆变器(quasi-Z-sourceinverter，qZSI)，是在传统Z源逆变器的基础上演化而来。除了具有传统ZSI的特点外，它还具有输入电流连续、逆变桥与输入电源共地、电容电压应力较小等优点。其升压比的表达式与传统ZSI相同。
然而，ZSI及qZSI只是通过控制桥臂的直通时间来调节母线电压幅值，其升压能力受到调制比的限制，过大的直通占空比反而会减小调制比和输出电压幅值。近年来，提升ZSI升压逆变能力同时降低器件的应力成为一个研究热点[15-18]。文献[15]在qZSI的基础上级联LCD网络，能够较大幅度的提高升压能力并减小电容电压应力。文献[16-17]中引入了耦合电感的概念，通过调节匝比和直通占空比来达到提高升压能力的目的。文献[18]将高升压比DC-DC变换器中开关电感的概念引入到Z源逆变器，衍生出了开关电感ZSI，但拓扑结构复杂。