适用于电力推进船舶的高升压比Z源逆变器
时间：2020-12-16 16:05:53 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：
为克服电力推进船舶变换器的不足，结合Z源逆变器的原理，提出一种新式高升压比Z源逆变器。对该新式Z源逆变器工作原理进行详细分析，并与普通高升压比Z源逆变器和传统Z源逆变器的各项稳态数据进行对比。与传统的Z源逆变器相比，该新式Z源逆变器升压能力强，能适应负载大范围的变化。仿真结果证实了新式Z源逆变器具有较高的性能，适合在电力推进船舶上应用。
关键词：
船舶电力推进; Z源逆变器; 高升压比; 直通占空比; 升压因子
中图分类号： U665.14;TM464
文献标志码： A
A high voltage boost Z-source inverter applied to electric propulsion ships
SUN Yingqia， GAN Shihonga， DING Wenlib
（a. Merchant Marine Collage; b. College of Ocean Science & Engineering， Shanghai Maritime University， Shanghai 201306， China）
Abstract：
To overcome shortages of converters of electric propulsion ships， combining the principle of Z-source inverters， a new high voltage boost Z-source inverter is proposed. The working principle of the new Z-source inverter is analyzed in detail. The various steady-state data of the new Z-source inverter are compared with those of the ordinary high voltage boost Z-source inverter and the traditional Z-source inverter. Compared with the traditional Z-source inverter， the new Z-source inverter is of stronger boost ability， and adapts to the wide range of load. Simulation results confirm that the new Z-source inverter is of higher performance， and is suitable for application in the electric propulsion ships.
Key words：
ship electric propulsion; Z-source inverter; high voltage boost; shoot-through duty ratio; voltage boost factor
收稿日期： 2017-03-13
修回日期： 2017-05-02
基金项目： 上海市自然科学基金（14ZR1419100）
作者简介：
孙英棋（1990—），男，山东烟台人，硕士研究生，研究方向为电力电子、轮机自动化，（E-mail）250307115@qq.com;
甘世红（1970—），男，甘肃兰州人，副教授，博士，研究方向为电机控制、混合动力船舶推进，（E-mail）465550299@qq.com
0 引 言
交-直-交的變频系统[1]在电力推进船舶上的应用呈上升趋势，现阶段送至推进电机的分支需要加入Boost电路进行升压，增加了系统成本，变换效率低;电磁干扰可能导致变换器上下管直通、开关管损坏等问题。Z源逆变拓扑[2]的提出克服了船舶目前使用的电压源和电流源逆变器的不足。逆变器桥臂既可以直通也可以开路，实现了升降压变换的功能，提高了逆变器的可靠性，为逆变提出了一种新的拓扑和理论。然而，传统Z源逆变器的电容电压和开关电感电压应力较大，而且升压能力有限，应用在船舶推进系统中升降压幅度小，不能满足船舶需求。为了得到高升压能力，就必须增大传统Z源逆变器的升压因子和直通占空比，从而使调制比减小，输出电压波形幅值降低，输出交流电的品质降低。另外，直通占空比增大必将引起电容和功率管电压应力增大。综上，传统的Z源逆变器无法满足船舶电力推进中高升压比和高品质输出电压的需求。为满足高输出电压的需求，PWM策略[3]被提出，但是该策略对提高输出电压的作用有限，而且电容电压和逆变桥臂的电压应力并没有减少。文献[4]提出一种高升压比Z源逆变器，升压能力得到了很大的提升，但是这种Z源逆变器存在电容电压应力比较大，起动电流比较大的缺点。文献[5-6]提出了一种改进型的Z源逆变器，在保证升压能力的基础上大大减小了电容电压应力，并减小了起动冲击电流，但是这种Z源逆变器在轻载运行时会出现非正常工作状态，直流链电压出现畸变。文献[7-10]提出几种高升压能力的准Z源逆变器，但是这几种逆变器更适合应用在光伏发电的场合，并不适合应用在交流电机调速系统中。为克服上述Z源逆变器的缺点，使系统同时具有高升压能力和适应船舶负载大范围变化的能力，本文提出新式高升压比Z源逆变器，增加了电源电容和有源开关管，使Z源网络的电流能够反向流动。本文主要分析了新式高升压比Z源逆变器的工作原理，对比分析了新式高升压比Z源逆变器、普通高升压比Z源逆变器和传统Z源逆变器的稳态数据。
