一种新型高增益QuasiZ源逆变器

许文强 王维庆 王海云 刘超吾

摘  要： 为了解决传统Z源逆变器的升压能力不足，提出一种新型高增益Quasi?Z源逆变器。该新型拓扑结构将传统Quasi?Z源逆变器的两个电感用升压单元和改进型开关电感替换得以实现。在Matlab/Simulink下对该新型拓扑结构和传统Quasi?Z源拓扑结构的直流链电压、电容电压和负载电压进行仿真分析對比。结果显示，相比于传统的Quasi?Z源逆变器，该新型拓扑结构性能有了大幅度改善，提高了升压能力，使其可以有更加广泛的应用场合，有效抑制了启动冲击电流，从而避免了启动瞬间逆变器开关器件的损坏。

关键词： Quasi?Z源逆变器; 升压能力; 拓扑结构; 性能改善; 仿真分析; 理论验证

中图分类号： TN386?34; TP301.6                     文献标识码： A                  文章编号： 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

传统Z源逆变器因其特殊的网络拓扑结构，使其在新能源发电系统、电动汽车、电机控制等众多场合得到了广泛应用[1?2]。尽管Z源逆变器有许多优点[3]，但是升压能力的不足一直是传统Z源逆变器的缺陷。如一味地增大直通占空比来升压，必然会减小调制因子[M]的范围，以至于很难得到优质的电能。因此，国内外学者对传统Z源逆变器的拓扑结构进行了大量改进[4?10]。

文献[4]提出一种嵌入式开关Z源逆变器，可以通过对开关电感的自由级联来灵活地改变升压能力，但过多的级联必然导致成本高、体积大、结构复杂等问题。文献[5]提出改进型准Z源和增强型开关电感准Z源逆变器，升压能力均提高，但前者前级过多使用了IGBT后者的Z源电气元件，使成本有所增加。文献[6]提出一种升压能力较强的Z源拓扑结构，该结构是将三个传统Quasi?Z依次嵌入叠加而成，但其电容、电感数量过多增加了成本且增大了体积。文献[7]提出一种开关电感型Quasi?Z源逆变器，解决了启动冲击电流问题，但是升压能力提升幅度不大。文献[8]提出的Quasi?Z源逆变器是在传统Quasi?Z源逆变器的基础上将其中的一个电感用一个开关电感替换，降低了电压应力，减小了电流文波，提高了直流电压利用率，但是升压能力提升得并不大。文献[9]提出的高增益Quasi?Z逆变器是在传统Z源逆变器的基础上用两组升压单元替代两个电感而来，升压能力有明显提升，但是该拓扑结构中电容数量过多，这将导致该逆变器有较大的体积。文献[10]提出的改进型开关电感Quasi?Z源逆变器与文献[7]的相似，区别在于将文献[7]中的Quasi?Z源逆变器拓扑中开关电感的两个二极管用自举电容替代，升压能力有所提高，但是自举电容的增加导致体积增大。本文在前人的基础上提出一种新型高增益Quasi?Z源逆变器（后面亦称新型逆变器），提高了升压能力，拓宽了调制比范围，电压利用率提高且有内在抑制启动冲击电流的能力。