[发明专利]一种新型双自举耦合电感准Z源逆变器及控制方法

说明书

本发明属于DC‑AC变换设备技术领域，涉及一种新型双自举耦合电感准Z源逆变器及控制方法，其开关模块通过导通或截止的切换，控制直流电源以及混合双自举开关耦合电感单元是否向负载提供或停止提供能量；混合双自举开关耦合电感单元具有相互耦合的绕组，通过改变所述耦合绕组的匝数比，实现输出电压对直流电源电压的升压变换，实现了占空比和匝数比的双自由度调节，减小耦合绕组数目和单个绕组体积，提高了变换器的转换效率。

技术领域

本发明属于DC-AC变换设备技术领域，涉及一种新型双自举耦合电感准Z源逆变器及控制方法。

背景技术

如今，化石能源带来的环境污染问题日益加剧，促使了可再生能源的快速发展。太阳能作为清洁的可再生能源之一，具有相当大的发展前景。传统的光伏发电系统将多级串联的光伏电池输出电压利用DC/AD逆变器输出至电网，但多级的结构具有较高的生产成本和故障率。在此基础上，在光伏电池和电网中间加入DC/DC升压变换器，先完成升压，再行逆变，但这种DC/DC-DC/AC的结构会导致系统结构复杂、工作效率低等问题。

文献“Peng F Z.Z Source Inverter[J].IEEE Transactions on IndustryApplication,2003,39(2):504-510”提出一种由新型阻抗源网络组成的Z源逆变器(Z-Source Inverter,ZSI)，相较于传统VSI或CSI，ZSI的出现引入了一个新状态：直通状态。直通下电路中磁性器件储能，并于非直通下将能量释放至负载端，合理运用能量，提高效率。虽然ZSI消除了传统逆变器具有的部分弊端，但存在输入电流不连续、启动浪涌电流极大、电路的升压能力有限等缺点。文献“Anderson J,Peng F Z.Four quasi-Z-sourceinverters[C].2008 IEEE Power Electronics Specialists Conference.IEEE,2008:2743-2749”提出了准Z源逆变器(quasi-Z-Source Inverter,qZSI)，这种结构消除了Z源网络的部分缺点，在保持着传统ZSI自身优势的基础上，还满足输入输出端共地、输入电流连续等优势，但美中不足的是其电压增益还是与ZSI相同，存在升压能力差的弊端，并不足以满足一些高电压需求的应用。文献“Nguyen M K,Lim Y C,and Park S J.Improved trans-Z-source inverter with continuous input current and boost inversioncapability[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2013,28(10):4500-4509”提出的改进Trans-Z源逆变器(Improved Trans-ZSI)，与qZSI相比仅仅增加了一个绕组，结构简单，器件少，与其他同类型具有的耦合电感逆变器相比在体积上有巨大优势。但是，耦合电感的引入也令二极管在非直通状态下电流应力增加，整个支路的损耗增加，降低了逆变器的效率。文献“Ahmed H F,Cha H,Kim S H and Kim H G.Switched-coupled-inductorquasi-Z-source inverter[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2016,31(2):1241-1254”里，通过将SC结构与三绕组结合组成了名为开关耦合电感准Z源逆变器(Switched-Coupled-Inductor quasi-Z-Source Inverter,SCL-qZSI)，然而，三绕组的引入一方面大幅提升了电路的升压能力，另一方面也增加了电路的复杂性，增加了损耗，降低了逆变器的效率。文献“Sharifi S and Monfared M.Modified series and tappedswitched-coupled-inductors quasi-Z-source networks[J].IEEE Transactions onIndustrial Electronics,2019,66(8):5970–5978”提出了改良串联开关耦合电感和抽头开关耦合电感两种新型准Z源逆变器(Modified Series Switched-Coupled-Inductorquasi-Z-Source Inverter,MSSCL-qZSI；Modified Tapped Switched-Coupled-Inductorquasi-Z-Source Inverter,MTSCL-qZSI)，但与SCL相同，增加了系统的复杂性。