【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)溲葑兌鴣淼模试S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?，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)溲葑兌鴣淼?，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 也帶來了一些問題，例如啟動(dòng)過程中的浪涌電流，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，以處理擊穿狀態(tài)下的能量存儲(chǔ)和峰值電流。為了限制紋波電流 （L），則可以通過考慮開關(guān)周期 （T）、輸入直流電壓 （V 來評(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。電容可以通過考慮所選電容器可以處理的電壓來評(píng)估 （C).
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)電流流過網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)電感器時(shí)，能量被儲(chǔ)存起來，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。
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） 可以通過考慮調(diào)制指數(shù) M 來近似計(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)開關(guān)會(huì)導(dǎo)致高開關(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)的工作原理是通過調(diào)整擊穿狀態(tài)以與參考信號(hào)的過零點(diǎn)一致來優(yōu)化直流電壓的使用。這通過在阻抗網(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)開關(guān)。CBC 通過根據(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)整來平衡效率和電壓升壓。無論負(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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