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準(zhǔn) Z 源逆變器的設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2024-12-22 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】qZSI 旨在解決與可再生能源中電壓范圍受限相關(guān)的挑戰(zhàn),與 CSI 和 VSI 等傳統(tǒng)逆變器拓?fù)洳煌?,qZSI 可以處理功率波動(dòng)。qZSI 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)增強(qiáng)了對(duì)突然電壓尖峰等故障的容忍度,從而提高了電壓轉(zhuǎn)換的整體效率和可靠性。QZSI 是從 Z 源逆變器 (ZSI) 拓?fù)溲葑兌鴣?lái)的,允許在一個(gè)階段進(jìn)行升壓和降壓操作。


準(zhǔn) Z 源逆變器概述

qZSI 旨在解決與可再生能源中電壓范圍受限相關(guān)的挑戰(zhàn),與 CSI 和 VSI 等傳統(tǒng)逆變器拓?fù)洳煌琿ZSI 可以處理功率波動(dòng)。qZSI 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)增強(qiáng)了對(duì)突然電壓尖峰等故障的容忍度,從而提高了電壓轉(zhuǎn)換的整體效率和可靠性。QZSI 是從 Z 源逆變器 (ZSI) 拓?fù)溲葑兌鴣?lái)的,允許在一個(gè)階段進(jìn)行升壓和降壓操作。ZSI 拓?fù)溆梢浴癤”形配置排列的電容器和兩個(gè)電感器組成,用于存儲(chǔ)能量并提供電力傳輸功能。這會(huì)在逆變器的開(kāi)關(guān)設(shè)備和可再生能源直流電源之間形成一個(gè)阻抗網(wǎng)絡(luò)。盡管能夠處理 CSI 和 VSI 的波動(dòng)限制,但 ZSI 也帶來(lái)了一些問(wèn)題,例如啟動(dòng)過(guò)程中的浪涌電流,使逆變器的組件承受壓力并影響電壓穩(wěn)定性和可靠性。這些限制和電壓紋波使 ZSI 拓?fù)湫枰鼜?fù)雜的控制。

另一方面,QZSI 比 ZSI 減少了其組件的壓力、提高了效率和更好的電壓調(diào)節(jié)。為了提高啟動(dòng)性能和輸入電壓穩(wěn)定性,qZSI 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在更緊湊的阻抗網(wǎng)絡(luò)中增加了二極管。這及其擊穿功能提高了對(duì)故障的容忍度,否則會(huì)損壞 VSI 和 CSI 逆變器。qZSI 拓?fù)溥€具有降壓-升壓功能和單級(jí)電源轉(zhuǎn)換功能,無(wú)需 DC-DC 轉(zhuǎn)換器,從而降低了功率損耗和系統(tǒng)復(fù)雜性。

qZSI 的設(shè)計(jì)和工作原理

當(dāng)談到 qZSI 的運(yùn)行時(shí),其設(shè)計(jì)允許在不損壞逆變器組件的情況下發(fā)生受控的“擊穿”狀態(tài)。對(duì)于電壓反轉(zhuǎn)和升壓,qZSI 在非擊穿狀態(tài)和擊穿工作模式之間交替。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,正確的組件尺寸至關(guān)重要。L1 和 L2 電感器的尺寸可以調(diào)整,以處理?yè)舸顟B(tài)下的能量存儲(chǔ)和峰值電流。為了限制紋波電流 (L),則可以通過(guò)考慮開(kāi)關(guān)周期 (T)、輸入直流電壓 (V 來(lái)評(píng)估 qZSI 逆變器的電感在) 和擊穿占空比 (D射擊).

L=Vin×Dshoot?through×TΔIl

為逆變器選擇電容器時(shí),應(yīng)正確調(diào)整尺寸,以確保穩(wěn)定的直流母線電壓并減少擊穿狀態(tài)下的電壓紋波。電容可以通過(guò)考慮所選電容器可以處理的電壓來(lái)評(píng)估 (C).


準(zhǔn) Z 源逆變器的設(shè)計(jì)

L=I負(fù)載×D擊穿×TΔVc絡(luò)有兩個(gè)電感器和電容器,用于在擊穿狀態(tài)下處理能量存儲(chǔ)。圖片由 Bob Odhiambo 提供


在擊穿狀態(tài)下,在同時(shí)激活一個(gè)逆變器支路中的兩個(gè)開(kāi)關(guān)后,準(zhǔn) z 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)生電流循環(huán)。在這種模式下,電流不會(huì)流入逆變器橋。為了更好地理解升壓機(jī)制,考慮了擊穿狀態(tài)的占空比 (Ts) 并用于評(píng)估逆變器的升壓因子 (B)。當(dāng)電流流過(guò)網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)電感器時(shí),能量被儲(chǔ)存起來(lái),從而提升電容器兩端的電壓,從而增加逆變器的整體直流母線電壓。

B=11?2Ts

通過(guò)在反轉(zhuǎn)前提高電壓,即使在 DC 輸入電壓較低的情況下,也可以實(shí)現(xiàn)更高的 AC 輸出電壓。假設(shè) qZSI 的占空比為 0.25,則升壓因數(shù)等于 2,如下所示,這意味著輸出電壓是輸入電壓的兩倍。

B=11?2×0.25=11?0.5=2 

這意味著,隨著占空比的增加,升壓因子也會(huì)增加,如圖 2 所示。例如,占空比為 0.1 時(shí)的升壓系數(shù)約為 1.11,而占空比為 0.4 時(shí)的升壓系數(shù)約為 1.67。


準(zhǔn) Z 源逆變器的設(shè)計(jì)圖 2.準(zhǔn) z 源逆變器的占空比與其升壓因數(shù)之間的關(guān)系。圖片由 Bob Odhiambo 提供


一旦電壓在擊穿狀態(tài)下被提升,就可以在非擊穿狀態(tài)下完成直流到交流的反轉(zhuǎn)過(guò)程,其中逆變器橋由帶電電容器提供的存儲(chǔ)能量。標(biāo)準(zhǔn)脈寬調(diào)制技術(shù) (PWM) 可以在單級(jí)中將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓輸出。qZSI 逆變器的調(diào)制交流輸出電壓 (Vac) 可以通過(guò)考慮調(diào)制指數(shù) M 來(lái)近似計(jì)算,如下所示 (Vdc),即直流輸入電壓。    B=11?2Ts

用于 qZSI 控制的脈寬調(diào)制

qZSI 控制的三種 PWM 技術(shù)包括簡(jiǎn)單升壓控制 (SBC)、升壓控制 (MBC) 和恒定升壓控制 (CBC),它們會(huì)影響逆變器的穩(wěn)定性、效率和開(kāi)關(guān)損耗。這些 PWM 方法在 qZSI 控制中各有優(yōu)勢(shì)和局限性。SBC 涉及在載波信號(hào)低于預(yù)定義的參考信號(hào)時(shí)將擊穿狀態(tài)插入調(diào)制信號(hào)。這種調(diào)制方法修改了擊穿占空比,以實(shí)現(xiàn)所需的電壓提升。在效率方面,由于連續(xù)開(kāi)關(guān)會(huì)導(dǎo)致高開(kāi)關(guān)損耗,因此 SBC 在高升壓系數(shù)下的效率低于 CBC 和 MBC。這種 PWM 控制方法中的高開(kāi)關(guān)頻率也可能在 qZSI 中引入諧波失真。

MBC PWM 技術(shù)的工作原理是通過(guò)調(diào)整擊穿狀態(tài)以與參考信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)一致來(lái)優(yōu)化直流電壓的使用。這通過(guò)在阻抗網(wǎng)絡(luò)上電壓的周期內(nèi)應(yīng)用擊穿,限度地減少了開(kāi)關(guān)期間的損耗。與 SBC 不同,MCB 效率更高,因?yàn)樗苊饬嗽诜逯惦妷簵l件下的連續(xù)開(kāi)關(guān)。CBC 通過(guò)根據(jù)負(fù)載條件和輸出需求對(duì)擊穿占空比進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整來(lái)平衡效率和電壓升壓。無(wú)論負(fù)載如何變化,這都能實(shí)現(xiàn)一致性,并減少逆變器組件的整體應(yīng)力。


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