Z源三電平逆變器及空調(diào)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及逆變器領(lǐng)域，特別地涉及z源三電平逆變器及含有該Z源三電平逆變器 的空調(diào)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源供應(yīng)緊張和環(huán)境保護(hù)的壓力使清潔可再生能源發(fā)電技術(shù)在世界范圍內(nèi)受到 高度重視。其中，光伏發(fā)電具有無地域限制、無燃料消耗、無污染物和噪聲排放等特點(diǎn)，在提 供清潔、可靠的電力方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。目前光伏產(chǎn)業(yè)正在由"補(bǔ)充能源"走向"替代能 源"。并網(wǎng)變換器是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心裝置，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)換效率及成本控制起著 至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)變換器上下橋臂直通時(shí)會(huì)造成變換器短路，為避免這一情況通常需 要在變換器控制信號(hào)中引入死區(qū)，進(jìn)而造成變換器安全性下降輸出諧波含量增加;為提高 轉(zhuǎn)換效率，如果采用無隔離變壓器結(jié)構(gòu)，但勢(shì)必會(huì)造成電壓變換率高、輸出共模電壓高及諧 波含量高等缺陷。當(dāng)前光伏空調(diào)并網(wǎng)環(huán)節(jié)如果采用隔離變壓器實(shí)現(xiàn)光伏電池向電網(wǎng)的電能 傳遞，使系統(tǒng)存在成本高、重量重、體積大，轉(zhuǎn)換效率低等缺點(diǎn)。當(dāng)前三相光伏空調(diào)及系統(tǒng)拓 撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。電網(wǎng)輸入端為380V三相交流電源，采用三相不可控整流+PFC拓?fù)浠螂p向 全橋ΠΜ變換，為三相交流負(fù)載(壓縮機(jī))供電，其中不可整流+PFC變換，給電網(wǎng)帶來大量的 無功功率及諧波污染，而雙向全橋PWM變換，采用了隔離變壓器進(jìn)行電網(wǎng)與光伏逆變環(huán)節(jié)進(jìn) 行隔離，從而增加系統(tǒng)體積、重量和成本，同時(shí)降低了變換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的采用無隔離變壓器結(jié)構(gòu)則電壓變換率高、輸出共模 電壓高及諧波含量高等缺陷或者采用隔離變壓器則使系統(tǒng)存在成本高、重量重、體積大，轉(zhuǎn) 換效率低等技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種Z源三電平逆變器。
[0004]本發(fā)明提供了一種Z源三電平逆變器，其與智能功率模塊相連接，智能功率模塊與 永磁同步電機(jī)相連接，Z源三電平逆變器包括分壓電容器、第一二極管D1、第二二極管D2、X 形阻抗網(wǎng)絡(luò)以及雙向變流器，其中，雙向變流器采用半橋兩橋臂二極管箝位三電平拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)。
[0005]作為優(yōu)選，分壓電容器包括串聯(lián)連接的CdcjPCdd，太陽能電池板輸出的直流電壓 Upv經(jīng)分壓電容器CdcdPCdc；2分壓后，通過第一二極管D1和第二二極管D2輸入至X形阻抗網(wǎng) 絡(luò)。
[0006] 作為優(yōu)選，X形阻抗網(wǎng)絡(luò)包括第一電感器L1、第二電感器L2以及第一電容器C1、第 二電容器C2。
[0007] 作為優(yōu)選，雙向變流器包括第一至第八功率開關(guān)晶體管Sal、Sa2、Sa3、Sa4、Sbl、 5匕2、5匕3、5匕4以及第三至第六二極管0&5、0&6、0匕5、0匕6，
[0008]作為優(yōu)選，其中，第一二極管D1的陽極與分壓電容器Cdci的正極連接，并且第一二 極管D1的陰極與X形阻抗網(wǎng)絡(luò)中的第一電感器L1的一端以及第一電容器C1的一端連接;第 二二極管D2的陰極與第二分壓電容器Cdc2的負(fù)極和接地電壓連接，并且第二二極管D2的陽 極與X形阻抗網(wǎng)絡(luò)中的第二電感器L2的一端和第二電容器C2的一端連接;第一電感器L1的 另一端與第二電容器C2的另一端以及雙向變流器中的第一功率開關(guān)晶體管Sal的漏極和第 五功率開關(guān)晶體管Sbl的漏極連接，并且與智能功率模塊的輸入端連接;第二電感器L2的另 一端與第二電容器C1的另一端以及雙向變流器中的第四功率開關(guān)晶體管Sa4的源極和第八 功率開關(guān)晶體管Sb4的源極連接。
[0009]作為優(yōu)選，第一功率開關(guān)晶體管Sal的源極連接第二功率開關(guān)晶體管Sa2的漏極以 及第三二極管Da5的陰極，第二功率開關(guān)晶體管Sa2的源極與第三功率開關(guān)晶體管Sa3的漏 極連接并且經(jīng)由電感器Lb成為三相電網(wǎng)的B相電壓Ub，第三功率開關(guān)晶體管Sa3的源極連接 第四功率開關(guān)晶體管Sa4的漏極以及第四二極管Da6的陽極，其中，第四二極管Da6的陰極和 第三二極管Da5的陽極與參考電壓0連接，第五功率開關(guān)晶體管Sbl的源極連接第六功率開 關(guān)晶體管Sb2的漏極以及第五二極管Db5的陰極，第六功率開關(guān)晶體管Sb2的源極與第七功 率開關(guān)晶體管Sb3的漏極連接并且經(jīng)由電感器La成為三相電網(wǎng)的A相電壓Ua，第七功率開關(guān) 晶體管Sb3的源極連接第八功率開關(guān)晶體管Sb4的漏極以及第六二極管Db6的陽極，第八功 率開關(guān)晶體管Sb4的源極與X形阻抗網(wǎng)絡(luò)中的電感器L2的另一端以及第四功率開關(guān)晶體管 Sa4的源極連接，第六二極管Db6的陰極和第五二極管Db5的陽極與參考電壓0連接，并且經(jīng) 由電感器Lc成為三相電網(wǎng)的C相電壓Uc。
[0010] 本發(fā)明還提供一種空調(diào)系統(tǒng)，其包括根據(jù)上述任一技術(shù)方案中的Z源三電平逆變 器。
[0011] 作為優(yōu)選，空調(diào)系統(tǒng)還包括鎖相環(huán)、與Z源三電平逆變器連接的空間矢量脈寬調(diào)制 模塊和最大功率跟蹤模塊，空間矢量脈寬調(diào)制模塊與比例積分模塊和比例諧振模塊相連 接。
[0012] 作為優(yōu)選，Z源三電平逆變器通過鎖相環(huán)與第二坐標(biāo)變換器連接，Z源三電平逆變 器通過第一坐標(biāo)變換器、比較器和比例諧振模塊相連接。
[0013]作為優(yōu)選，比例諧振模塊包括比例調(diào)節(jié)器和諧振調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： G(s) = K +KJS/S2 +?ξ
[0014]本發(fā)明提出的一種三相非隔離并網(wǎng)逆變器一改以往采用的全橋ΙΡΜ來實(shí)現(xiàn)雙向 AC/DC，提出半橋二極管箝位三電平雙向AC/DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，取代原先的BOOST型DC/DC升電路， 采用新型Z源單級(jí)逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為更好實(shí)現(xiàn)正弦參考電流跟蹤控制，本系統(tǒng)中采用比例諧 振控制。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:采用新型雙向AC/DC變換器，逆變可以實(shí)現(xiàn)低漏電流，高進(jìn)網(wǎng)電 流質(zhì)量，整流可以實(shí)現(xiàn)提高耐壓等級(jí)，降低交流諧波電壓、電流，提高功率因數(shù);Z源逆變器 是單級(jí)系統(tǒng)，具有單級(jí)逆變器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，效率比兩級(jí)的高，而且克服了常規(guī)多電平逆 變器只能降壓不能升壓的不足，同時(shí)，控制信號(hào)無需設(shè)置死區(qū)，繼而避免了死區(qū)效應(yīng)引起的 波形畸變;比例諧振控制可以有效跟蹤正弦參考值，且有較好的擾動(dòng)抑制能力，可以消除輸 出電流中的穩(wěn)態(tài)誤差。
[0015]更為突出的是，通過精簡(jiǎn)隔離變壓器實(shí)現(xiàn)非隔離，這種非隔離型并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu) 不含變壓器，具有效率高、體積小、重量輕和成本低等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，非隔離型逆變器結(jié)構(gòu)導(dǎo)致 電池板和電網(wǎng)之間存在電氣連接，由于電池板對(duì)地寄生電容的存在，并網(wǎng)逆變器功率器件 的開關(guān)動(dòng)作可能產(chǎn)生高頻時(shí)變電壓作用在寄生電容之上，而在由電池板寄生電容、直/交流 濾波器和電網(wǎng)阻抗等組成的諧振回路中，出于變換器效率優(yōu)化的考慮其阻抗非常低，從而 在該回路中產(chǎn)生的共模電流，即漏電流?；诙O管箝位三電平變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有彌補(bǔ) 由無隔離變壓器帶來的漏電流和進(jìn)網(wǎng)直流分量問題的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)如單極性 SPWM全橋逆變器一樣的差模輸出電壓和開關(guān)器件電壓應(yīng)力低等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0016]圖1是傳統(tǒng)三相光伏空調(diào)系統(tǒng)示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明涉及的Z源三電平逆變器的電路圖；
[0018]圖3是本發(fā)明涉及的基于PR控制的Z源三電平逆變器的控制電路圖；
[0019]圖4是本發(fā)明涉及的Z源三電平逆變器的非直通工作模式的示意圖；
[0020] 圖5是本發(fā)明涉及的Z源三電平逆變器的各狀態(tài)等效電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 為了更好地說明本發(fā)明的意圖，下面結(jié)合附圖對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
做進(jìn)一步說明。
[0022] 參照?qǐng)D2,圖2示出了一個(gè)實(shí)施例中的Z源三電平逆變器的電路結(jié)構(gòu)圖，該Z源三電 平逆變器主要用于空調(diào)系統(tǒng)中，圖中的Upv代表太陽能電池板輸出的直流電壓，該Z源三電 平逆變器與智能功率模塊（IPM)相連接，該智能功率模塊（IPM)與永磁同步電機(jī)(PMSM)相連 接，這樣能夠通過Z源三電平逆變器控制永磁同步電機(jī)(PMSM)運(yùn)行。具體地，該Z源三電平逆 變器包括分壓電容器、第一二極管D1、第二二極管D2、X形阻抗網(wǎng)絡(luò)以及雙向變流器，其中， 該雙向變流器采用半橋兩橋臂二極管箝位三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0023] 其中，分壓電容器包括串聯(lián)連接的Cdcl和Cdc2,第一分壓電容器Cdcl的負(fù)極與第二分 壓電容器Cdc2的正極連接，太陽能電池板輸出的直流電壓Upv經(jīng)分壓電容器Cdcl和Cdc2分壓 后，通過第一二極管D1和第二二極管D2輸入至X形阻抗網(wǎng)絡(luò)。
[0024]X形阻抗網(wǎng)絡(luò)包括第一電感器L1、第二電感器L2以及第一電容器C1、第二電容器 C2，雙向變流器包括第一至第八功率開關(guān)晶體管Sa1、Sa2、Sa3、Sa4、Sb1、Sb2、Sb3、Sb4以及 第三至第六二極管0&5、0&6、0匕5、0匕6，其中，第一二極管01的陽極與分壓電容器0 (1。1的正極 連接，并且第一二極管D1的陰極與X形阻抗網(wǎng)絡(luò)中的第一電感器L1的一端以及第一電容器 C1的一端連接;第二二極管D2的陰極與第二分壓電容器Cdc2的負(fù)極和接地電壓連接，并且第 二二極管D2的陽極與X形阻抗網(wǎng)絡(luò)中的第二電感器L2的一端和第二電容器C2的一端連接； 第一電感器L1的另一端與第二電容器C2的另一端以及雙向變流器中的第一功率開關(guān)晶體 管Sal的漏極和第五功率開關(guān)晶體管Sbl的漏極連接，并且與智能功率模塊（IPM)的輸入端 連接;第二電感器L2的另一端與第二電容器C1的另一端以及雙向變流器中的第四功率開關(guān) 晶體管Sa4的源極和第八功率開關(guān)晶體管Sb4的源極連接。每個(gè)功率開關(guān)晶體管分別與一個(gè) 二極管并聯(lián)連接。
[0025]第一功率開關(guān)晶體管Sal的源極連接第二功率開關(guān)晶體管Sa2的漏極以及第三二 極管Da5的陰極，第二功率開關(guān)晶體管Sa2的源極與第三功率開關(guān)晶體管Sa3的漏極連接并 且經(jīng)由電感器Lb成為三相電網(wǎng)的B相電壓Ub，第三功率開關(guān)晶體管Sa3的源極連接第四功率 開關(guān)晶體管Sa4的漏極以及第四二極管Da6的陽極，其中，第四二極管Da6的陰極和第三二極 管Da5的陽極與參考電壓0連接，第五功率開關(guān)晶體管Sbl的源極連接第六功率開關(guān)晶體管Sb2的漏極以及第五二極管Db5的陰極，第六功率開關(guān)晶體管Sb2的源極與第七功率開關(guān)晶 體管Sb3的漏極連接并且經(jīng)由電感器La成為三相電網(wǎng)的A相電壓Ua，第七功率開關(guān)晶體管 Sb3的源極連接第八功率開關(guān)晶體管Sb4的漏極以及第六二極管Db6的陽極，第八功率開關(guān) 晶體管Sb4的源極與X形阻抗網(wǎng)絡(luò)中的電感器L2的另一端以及第四功率開關(guān)晶體管Sa4的源 極連接，第六二極管Db6的陰極和第五二極管Db5的陽極與參考電壓0連接，并且經(jīng)由電感器 Lc成為三相電網(wǎng)的C相電壓Uc。本發(fā)明中采用