[发明专利]双向能量流动Z源三相变换器

说明书

技术领域

本发明涉及双向能量流动Z源三相变换器，属于电力电子功率变换器调制及控制领域。

背景技术

Z源变换器是近年来提出的一种新型的电力电子拓扑，关于Z源变换器的理论研究和它的实践应用发展迅速。Z源变换器在传统无源逆变，回馈式有源逆变场合，在光伏发电，燃料电池发电、交流电机传动中有着广泛的应用。Z源变换器是单级系统，结构简单，效率高，系统可靠性提高。

Z源变换器的特点不同于传统变换器。一、其直流侧电源既可以为电压源，也可以为电流源。可适应输入电源电压的大范围变化，直流侧电源可以为电池、二极管整流器、燃料电池堆、光伏电池等。二、具有升压和降压特性，不需要增加前级变换电路便可实现较大范围的输出电压，使其应用范围增大。三、同相桥臂上下开关管不用加死区，Z源变换器允许同相桥臂直通。提高了系统的可靠性和波形质量。

针对Z源变换器的负载由重载变换为轻载时，很可能出现非正常工作状态，影响系统的工作情况，使系统的带负载能力差，为了避免这种情况的发生往往会增大Z源网络电感值，但这样会使系统的体积和成本都增加；另外当直流侧电源为蓄电池或者是超级电容等储能元件时传统的Z源不能实现能量的回馈。从而导致了Z源的应用范围的推广使用。

发明内容

本发明的目的在于解决公知的Z源变换器在使用中遇到的问题，不能避免非正常工作状态和不能实现能量的回馈。为了解决以上问题本发明提出了双向流动Z源变换器。

本发明的双向流动Z源变换器主要包括Z源阻抗网络、三相变换器。

为了避免Z源变换器的非正常工作状态，在传统的Z源变换器上采用将开关管取代二极管，再在直流电源侧增加一个二极管，新增了电容。新增的二极管是考虑直流电源有可能是光伏电池或者是燃料电池时，电流不能回流而设计的。电容是为了带轻载时为反向电流提供回路而设计的。这种拓扑可以解决非正常工作状态给系统造成的影响。但是上述的改进的Z源变换器并没有实现真正意义上的能量双向流动，当直流侧电源为蓄电池或者超级电容等储能元件时，在一定条件下，需要对其进行充电操作，可以要求变换器侧的能量能回馈到直流电源中。基于这一点出发，对双向流动Z源变换器进行优化，将双向流动的Z源中二极管换成功率开关管，当直流电源为光伏阵列或者燃料电池等不能接受回馈电流时，开关管关断。当直流电源为蓄电池等能吸收能量的装置时，开关管工作，系统能量可经过开关管回馈到电源中。从而可以真正意义上实现能量的双向流动并且还可以解决非正常工作状态给系统造成的影响。

双向能量流动Z源三相变换器，包括Z源网络和三相变换电路，所述三相变换电路由多个开关管Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、Q₅、Q₆组成，且三相变换电路带有滤波电感和负载，所述Z源网络并联在三相变换电路上，所述Z源网络包括直流电压源、回流控制元件、第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃、第一电感L₁和第二电感L₂和开关管Q₇，所述回流控制元件一端接电源的正极；另一端分别连接至开关管Q₇的发射极和第三电容C₃，所述开关管Q₇的集电极连接至第一电感L₁和第一电容C₁，所述第三电容C₃的另一端连接至直流电压源的负极，所述直流电压源的负极还连接有第二电容C₂和第二电感L₂，第一电感L₁的另一端分别接第二电容C₂和三相变换电路的输入端；第二电感L₂另一端与第一电容C₁另一端连接后再接入到三相变换器的另一个输入端。

所述直流电压源为不可充电电源，所述回流控制元件为二极管D。

所述直流电压源为可充电电源，所述回流控制元件为开关管Q₈。

本发明的有益效果是：通过对传统的Z源变换器进行改进，既可以避免Z源变换器工作在非正常工作状态，从而造成系统体积，成本和重量的增加。又可以通过控制开关管的通断决定是否可以向直流侧电源进行充电。双向流动Z源实施方法灵活简单，可以提高整体系统的可靠性，有助于变换器的广泛推广使用，尤其是在新能源的领域的使用。

附图说明