大功率变流技术与应用_4_升_降压逆变器

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2/2008收稿日期：2008-02-10

作者简介：丁荣军(1961-)，男， 高级工程师(教授级)，工学硕士，管理学硕士，株洲电力机车研究所副所长，主管科研开发工作；黄济荣（1938-），男，高级工程师(教授级)，长期从事交流传

动系统的研究与开发工作。

0引言

如所周知，不论是电机调速，还是分布式发电的调

节，迄今广泛使用的逆变器都受到一些限制。

通用的电机调速系统大都采用电压源交-直-交变流器，包括电网侧整流器、直流中间环节和逆变器。为了改善功率因数，往往加上交流电抗器或直流电抗器

构成的滤波器。这种系统的问题在于，可得到的输出电压小于输入电压，限制了输出功率；电压下陷可能严重影响调速系统工作，甚至必须切除某些关键的负载，中断生产过程。其次，若中间环节的储能电容器不够大，不足以保持直流电压值，也缺乏“安度难关(ride-through)”的能力。在三相或两相电压下陷的情况下，中间环节直流电压和这种调速系统都有其明显脆弱的一面。为防止或减少电压下陷的不利影响，不论是采用升压变流器、网侧四象限脉冲整流器，还是采用飞轮、超导储能器，都将增加质量、体积和成本。此外，由于电磁干扰会造成误触发，而为避免贯通触发所需要的延滞时间会使低速运行不稳定以及共模电压引起轴电流。所有这些现

大功率变流技术与应用（四）

——升-降压逆变器

丁荣军，黄济荣

（南车株洲电力机车研究所有限公司，湖南株洲

412001）

摘 要：采用一级电路结构的阻抗源逆变器(Z-源逆变器)，可以克服电机调速系统或分布式发电联网接口中的许多实际问题。阻抗源逆变器除了实现一级变换外，还能够做到：（1）不管输入电压多高，都能产生任一所希望的、甚至比网压高的输出交流电压，从而减少电机的额定电流；（2）在网压下陷期间无需任何附加电路，就能提供“安度难关”的能力；（3）改善功率因数，减少电流谐波和共模电压。阻抗源变流器将为太阳能发电和燃料电池提供简单、便宜、可靠的单级变换装置，也就是为传动系统提供了另一种选择。

关键词：大功率；变流技术； 逆变器中图分类号：TM46

文献标识码：A

文章编号：1671-8410(2008)02-0001-10

High Power Converter Technology and Application(4)

——Buck -Boost Inverter

DING Rong-jun ， HUANG Ji-rong

(Zhuzhou Electric Locomotive Research Institute, CSR, Zhuzhou, Hunan 412001, China)

Abstract:Impedance Source Inverter (Z-source Inverter) with primary circuit structure is applied to eliminate the defects of motor speed-modulation system and distributing power generation network interfaces. Moreover, Z-source Inverter has the advantages of (1) producing anticipative output AC voltage even higher than net voltage to reduce rated current for motors;(2) breaking through the difficulty without any circuit during net voltage drop;(3)improving power factor ,reducing current harmonics and common-mode voltage. Z-source Inverter will provide simple, cheap and reliable single-level commutation devices for solar power generation and fuel battery.

Key words: high power; converter technology; inverter

22/2008

大功率变流技术与应用（四）象，都不可避免地危及电压源逆变器调速系统的性能和可靠性。大、中型调速系统也有采用电流源逆变器供电的。这种系统包括前端的二极管或相控整流器、直流环节储能电抗器和逆变器。电流源逆变器是升压型的，可得到的最小输出电压限制了系统的低速特性。此外，电流谐波也是一个重要问题，它将污染电网。

所有分布式发电系统联网的接口装置，应满足功率传输和调节的功能要求。如太阳能发电和燃料电池的接口逆变器，一般必须具备3种特性：（1）把直流电压逆变为交流电压；（2）如果太阳能电池或燃料电池组的电压低于电网电压，把电压抬高；（3）使电流和/或电压具有正弦波形。迄今在这些场合最常用的联网逆变器系统有两类：（1）采用具有所接电网频率的升压变压器；（2）采用高频直-直变流器升压。这两种系统都包含逆变和升压两级。前者中的网频变压器体积大、有噪声，并增加了成本；而后者不仅增加成本，还会降低系统的总效率。

1升-降压逆变器

如所周知，电压型变流器或电流型变流器可能是降

压的，也可能是升压的。电压型和电流型变流器的主电路是不可交换的，而欲兼具降压和升压两种功能，电路和控制将倍加复杂。图1是太阳能发电系统的单相联网变流器，既可将直流电源（如光伏电池组或燃料电池）变换为交流电源，又可与公共电网兼容。这种变流器应当既能跟踪电源电池的最大功率点（MPP ），又能保证带给电网的谐波干扰（THD ）是可接受的。一般情况下，可再生能源接口变流器包括升压变流器和电流控制的电压源逆变器两个部分。因为燃料电池一类的供电电压变化范围很大，随输出电流的不同，这个范围可能达到2:1之巨。所以燃料电池汽车或分布式发电系统的接口变流器都需要一个升压的直-直变流器，因为传统的电压源逆变器无法产生比输入直流电压大的交流电压。也就是说，传统的电压源逆变器是一种降压逆变器，它的特点之一就是瞬时输出电压总是小于输入直流电压。

图2是一种具有升压能力的单级逆变器，其每相由2个开关装置、1个电抗器和1个电容器组成。3个相的电容器的公共点与电源负端相接，负载接到逆变器输出端并构成另一个公共点(中性点)。直流电压通过脉宽调制后加到3个相电路上去。

新的阻抗源逆变器(Z-源逆变器)可以解决上述电机调速系统或分布式发电联网接口中的各种问题。对于电机调速系统，阻抗源逆变器除了实现一级变换外，还能够做到：（1）不管输入电压多高，均能产生任何所希望的、甚至比网压高的输出交流电压，从而减少了电机的额定电流；（2）在网压下陷期间无需附加任何电路就

能提供“安度难关”的能力；（3）改善功率因数，减少电流谐波和共模电压。由于燃料电池的非线性伏-安特性

、

(a)双级升-降压电路

(a)Double stage buck-boost circuit

(b)阻抗源变流器电路

(b)Z-source converter circuit

图1

可再生能源的接口与功率调节变流器

Fig.1

Interfaces of renewable energy and power

condition converter

图2

单级三相升压逆变器

Fig.2

Single- stage three-phase boost inverter

3 2/2008大功率变流技术与应用（四）

有限的电压值及其宽广的变化范围，电动汽车和燃料

电池车用的传统三相PWM逆变器的尺寸过大，电力电

子器件和电机承受较高的应力，而且恒定的功率速度

比限制在较小值。阻抗源变流器将为太阳能发电和燃

料电池提供简单、便宜、可靠的单级变换装置。

2阻抗源逆变器的电路拓扑与工作原理

图3阻抗源逆变器的一般电路拓扑，使用一个唯一

的阻抗网络把变流器主电路与供电电源联接起来。这

使得逆变器看起来好像是由这个阻抗网络供电似的，…… 此处隐藏：8098字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……