双向功率流电压型准阻抗源逆变器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及分类表H02中的发电、变电或配电设备及其控制方法，特别是涉及用于直流和交流之间，以及用于与电源或类似的供电系统一起使用的设备及其控制方法。
【背景技术】
[0002]电压源逆变器输入直流电压而输出交流电压；逆变器的输出电压可以是三相或多相，可以是方波，正弦波，PWM波，阶梯波，或者准方波；电压源逆变器应用广泛，但是存在下列缺点:(1)交流负载必须为电感性或交流电源须串联电感，才能使电压源逆变器工作，这使电压源逆变器的应用受到很大的限制；(2)交流输出电压被限制只能低于而不能超过直流母线电压，或直流母线电压只能高于交流输入电压，因此，电压源逆变器是一个降压式逆变器；对于直流电压较低，需要较高的交流输出电压的功率变换场合，需要一个额外的DC/DC升压式变换器；这个额外的功率变换器增加了系统的成本，降低了变换效率；(3)每个桥臂的上、下器件不能同时导通，否则，会发生直通短路，损坏器件；
[0003]目前的电压型阻抗源逆变器可以克服上述缺陷，但是其阻抗源网络电容器的电压应力偏大，特别在输出电压较高的情况下，尤其如此。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种双向功率流电压型准阻抗源逆变器及其控制方法，解决目前电压型阻抗源逆变器的阻抗源网络电容器的电压应力偏大的问题，并实现升压功能，提高电路的可靠性，简化控制方法，提高系统效率。
[0005]为解决上述提出的问题，本发明提供的双向功率流电压型准阻抗源逆变器，包括准阻抗源网络、逆变桥、直流电压源DC和交流负载M ;
[0006]准阻抗源网络的输出端接逆变桥；
[0007]交流负载M接在逆变桥的桥臂之间；
[0008]准阻抗源网络由电桥和双向电力电子开关S连接而成；
[0009]直流电压源DC接在准阻抗源网络的电桥的桥臂上；
[0010]逆变桥由若干个双向电力电子开关连接而成；
[0011]双向电力电子开关S和逆变桥中的双向电力电子开关均工作在高频开关状态；
[0012]输出电压通过调节逆变桥中的双向电力电子开关的直通占空比来控制，调节后的输出电压低于或高于输入电压。
[0013]逆变桥通过调节同一桥臂上下两个双向电力电子开关同时导通的时间来调节电压增益。
[0014]通过逆变桥双向电力电子开关和双向电力电子开关S控制功率流的方向。
[0015]将直流电压源DC替换为直流负载、交流负载M替换为交流电压源后，则其功率流双向
[0016]流动。
[0017]所述准阻抗源网络中的电桥为电感L1、电容Cl、电感L2、电容C2依次连接而成；电
[0018]感LI和电容Cl之间设结点P1、电感L2和电容C2之间设结点P2、电容Cl和电感L2
[0019]之间设结点P3、电容C2和电感LI之间设结点P4 ;直流电压源DC接在电感LI和结点
[0020]P4之间；双向电力电子开关S接在结点Pl和结点P2之间。
[0021]逆变桥中的若干个双向电力电子开关类型相同，均分别由一个功率二极管和一个全控型电力电子器件反并联而成；所述全控型电力电子器件为绝缘栅双极型晶体管IGBT。
[0022]所述逆变桥中的若干个双向电力电子开关有双向电力电子开关S1、双向电力电子开关S2、双向电力电子开关S3、双向电力电子开关S4 ;按双向电力电子开关S1、双向电力电子开关S3、双向电力电子开关S4、双向电力电子开关S2的顺序依次连接形成逆变桥；双向电力电子开关SI和双向电力电子开关S2之间设结点P5 ;双向电力电子开关S3和双向电力电子开关S4之间设结点P6 ;双向电力电子开关SI和双向电力电子开关S3之间设结点P7 ;双向电力电子开关S4和双向电力电子开关S2之间设结点P8 ;结点P5和结点P6之间接入交流负载M ;结点P7接准阻抗源网络的结点P3，结点P8接准阻抗源网络的结点P4。
[0023]双向电力电子开关SI由绝缘栅双极型晶体管IGBTl和功率二极管Dl反并联而成、双向电力电子开关S2由绝缘栅双极型晶体管IGBT2和功率二极管D2反并联而成、双向电力电子开关S3由绝缘栅双极型晶体管IGBT3和功率二极管D3反并联而成、双向电力电子开关S4由绝缘栅双极型晶体管IGBT4和功率二极管D4反并联而成、双向电力电子开关S由绝缘栅双极型晶体管IGBT和功率二极管D反并联而成。
[0024]所述逆变桥中的若干个双向电力电子开关还有双向电力电子开关S5、双向电力电子开关S6 ;双向电力电子开关S5、双向电力电子开关S6依次串联在逆变桥的结点P7和结点P8之间；双向电力电子开关S5、双向电力电子开关S6之间设节点P9 ;结点P9接交流负载M ;所述双向电力电子开关S5由绝缘栅双极型晶体管IGBT5和功率二极管D5反并联而成；双向电力电子开关S6由绝缘栅双极型晶体管IGBT6和功率二极管D6反并联而成；双向电力电子开关S5和双向电力电子开关S6都工作在高频开关状态。
[0025]基于双向功率流电压型准阻抗源逆变器的控制方法，包括以下步骤:
[0026]步骤S1:将逆变桥的每一桥臂的工作状态定义为三值逻辑；
[0027]步骤S2:用相应矢量描述所定义的三值逻辑关系，得到逆变桥所有的开关组合状态；
[0028]步骤S3:根据要求剔除不符合电压型准阻抗源逆变器工作规律的开关组合状态；
[0029]步骤S4:对符合电压型准阻抗源逆变器工作规律的开关组合状态进行合理科学的排布，
[0030]找到使开关次数最小化的开关次序，最大限度的减少开关次数；达到开关损耗最小的目标。
[0031]
[0032]采用本发明的双向功率流电压型准阻抗源逆变器后，由于准阻抗源网络的结构与阻抗源网络结构相比作了改动，将双向电力电子开关S移到了准阻抗源网络的内部，使电容Cl两端电压随着电压增益的增大而减小，而电压型阻抗源逆变器中的阻抗源网络电容电压随电压增益的增大而成比例增大，从而解决解决目前电压型阻抗源逆变器的阻抗源网络电容器的电压应力偏大的问题，并实现升压功能，提高电路的可靠性，同时，直流电源与逆变桥有公共点，便于接线。
[0033]由于设置了准阻抗源网络，电路具有非常高的可靠性，可以避免桥臂直通或开路时造成电源短路和损坏电力电子器件；由于电力电子开关的工作频率很高，准阻抗源网络的无源元件值很小，整个电路的结构简单，体积小、重量轻、可靠性高；
[0034]可用于许多工业应用的场合，从家用电器如微波炉、感应坎具到航空航天工业，从个人电脑电源到工业自动化如燃料电池和混合电动汽车；还可应用到交流电动机的驱动，交流不停电电源，感应加热，静态无功发生器或补偿器，有源滤波等；
[0035]此外，基于本发明的双向功率流电压型准阻抗源逆变器而采用的控制方法，由于逆变桥的工作状态经逻辑定义、矢量描述、科学的条件约束和顺序排列，最终找到使开关次数最小化的开关次序，从而简化了控制方法，达到了开关损耗最小目的，进而提高双向功率流电压型准阻抗源逆变器的效率。
[0036]下面结合附图对本发明的双向功率流电压型准阻抗源逆变器及其控制方法作进一步说明。
【附图说明】
[0037]图1为本发明的双向功率流电压型准阻抗源逆变器的结构示意图；
[0038]图2为本发明实施例一的双向功率流单相电压型准阻抗源逆变器的电路图；
[0039]图3为本发明实施例二的双向功率流三相电压型准阻抗源逆变器的电路图。
【具体实施方式】
[0040]如图1所示，双向功率流电压型准阻抗源逆变器包括准阻抗源网络、逆变桥、直流电压源DC和交流负载M ;准阻