逆变器作为风能、太阳能、燃料电池等新能源发电系统中的重要组成部分，在能源转换与能量传递过程中发挥着重要作用。在当前大力发展新能源应用技术的背景下，学者们普遍认为，需要研发具有安全可靠性高、成本低、性能高的新型逆变器。

准Z源逆变器是彭方正教授提出的一种具有独特升降压方式的新型功率变换拓扑，它的现实意义在于：在有电磁干扰的环境下，允许桥臂直通的特性一定程度上降低了逆变器损坏的风险，提高了设备的可靠性和安全性；脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）控制信号中无需加入死区时间，解决了死区时间造成交流输出电压畸变的问题；实现了直流升降压与交直流变换一体化的设计结构，降低了软硬件成本。

交流调速系统、燃料电池供电系统、光伏和风电等分布式发电系统以及微电网系统等具有随负载和环境因素的变化而导致输出电压波动范围很大的共同特点，因此准Z源逆变器在这些领域中具有广阔应用价值。

准Z源逆变器是通过电感周期性的充放电，实现直流链电压的泵升。然而当准Z源网络的电感储能不足时，二极管电流会发生断续。此时准Z源逆变器会处于一种非正常工作状态，电感停止放电，直流链电压仅由电容电压决定。这将导致直流链电压发生跌落，严重降低了准Z源逆变器的安全可靠性和输出电能质量。

国内外学者对准Z源逆变器直流链电压跌落的原因进行了大量研究。解决直流链电压跌落问题主要采用适应负载大范围变动的双向准Z源逆变器拓扑。该拓扑在二极管两端反并联了一个开关器件。当二极管电流即将断续时打开开关器件，逆变器直流侧产生的回馈电流能够避免电流断续。但是，增加的反并联开关器件会提高电路的成本和控制难度；此外，如果在切换直通状态时没有关断反并联开关器件，会使电容和桥臂受到巨大的电流冲击而损坏逆变器。

目前关于准Z源逆变器直流链电压跌落的研究还存在三方面的不足：①虽然现有文献已得出准Z源逆变器直流链电压跌落的原因，但分析的角度较为单一，缺乏全面性和深入性；②尚无可预判直流链电压跌落的方法，给准Z源逆变器运行状态带来了不确定性；③解决直流链电压跌落问题的方法非常有限，有待进一步研究。

为提升准Z源逆变器的输出性能和安全可靠性，防止准Z源逆变器出现非正常状态，西安航空学院电子工程学院、西北工业大学航海学院的研究人员许宇豪、肖海峰、马昭、高文、贺昱曜，在2022年第14期《电工技术学报》上撰文，基于系统协调控制的思想提出了直流链电压跌落抑制方法。该方法能够准确预测直流链电压跌落的条件，并能够有效防止直流链电压跌落。

图1 所提方法的结构框图

他们深入研究了准Z源逆变器直流链电压跌落的原因，发现了直流链电压在二极管电流断续时不仅会跌落，还有高于正常幅值的情况，极大地增加了逆变器过电压损坏的风险，该现象也未有文献研究过。针对该问题科研人员给出了电压跌落深度的定义，可用于计算和衡量直流链电压升高和降低的幅值，研究了二极管电流连续和断续期间的直流链电压变化规律，分析了直流链电压变化对准Z源逆变器的危害，完善了直流链电压跌落的基础理论。

图2 抑制直流链电压跌落综合方法的流程

他们根据造成二极管电流断续的因素，将准Z源逆变器的系统参数和状态划分为跌落、临界跌落和安全区域，提出了一种直流链电压跌落的判断方法。该方法可准确地预测直流链电压发生跌落的条件，为准Z源逆变器工作状态预测和直流链电压跌落预防提供了理论依据。

图3 三相电压型准Z源逆变器实验平台

研究人员提出了一种直流链电压跌落抑制方法。以二极管电流为控制目标，以电路参数、调制方法及其参数、逆变器工作条件为约束条件，利用系统协调控制的思想调整准Z源逆变器的系统参数和状态，使其进入安全工作区域，避免了直流链电压跌落的发生，提高了准Z源逆变器的安全可靠性。

本次课题的研究成果进一步完善了直流链电压跌落的基础理论，为保证准Z源逆变器正常工作提供了新的依据和方法。

本文编自2022年第14期《电工技术学报》，论文标题为“准Z源逆变器直流链电压跌落的判断和抑制方法”。本课题得到陕西省科技厅项目和陕西省教育厅项目的支持。