CN104065286A - 一种三相无变压器型光伏逆变器及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三相无变压器型光伏并网逆变器及其控制方法，其技术方案的要点是，本发明的一种三相无变压器型光伏并网逆变器是由八个开关管和三个电感组成。其控制方法是通过本发明的载波调制保证两个零状态期间直流侧和交流侧断路，同时保证逆变器输出状态和输出波形质量不受影响，整个工作周期内光伏逆变器高频共模电压得到抑制，从而有效减小漏电流。本发明使系统高频共模电压得到有效抑制，同时逆变器两个零状态不受限制，输出波形质量较高。其控制方法采用载波调制，开关信号生成电路结构简单，可采用模拟电路实现。

Description

一种三相无变压器型光伏逆变器及控制方法
技术领域
本发明属于一种三相无变压器型光伏并网逆变器及其控制方法。
背景技术
无变压器型光伏逆变器具有体积小，成本低和效率高的特点，具有很大市场潜力和竞争力。但是，由于光伏电池板和大地间存在寄生电容，光伏逆变器高频开关动作将导致较大的漏电流，引发并网电流畸变、电磁干扰，还可能对人身安全构成威胁。因此漏电流抑制问题是光伏逆变器并网运行中的关键问题，具有重要研究意义。实际中采用传统三相光伏逆变器拓扑及其调制方法将导致较大漏电流，因此亟需新型三相逆变器拓扑及其控制方法解决漏电流问题。
中国专利申请号为201210486581.5，名称为：一种光伏逆变器漏电流调节抑制方法及装置，该申请案提出一种光伏逆变器漏电流调节抑制方法及补偿装置，通过共模电压注入方式对光伏系统中的共模漏电流进行控制。将共模漏电流作为控制目标，实现闭环控制共模漏电流。但该方法需要额外装置，成本较高。中国专利申请号为201210594677.3，名称为：基于3D-SPWM的混合箝位式三电平三相四线制光伏系统，该申请案提出一种基于3D-SPWM混合箝位式三电平三相四线制光伏逆变器，采用多电平电路结构及控制方式有效降低系统漏电流，但该逆变器开关器件数量较多，且需要直流侧电容电压平衡控制，成本较高，实现较复杂。M.C.Cavalcanti等人2010年在IEEE Transactions on Industrial Electronics发表文章Modulation techniques to eliminate leakage currents in transformerless three-phase photovoltaic systems中针对传统三相逆变器拓扑提出改进型调制方法实现高频共模电压抑制，从而解决漏电流问题。虽然高频共模电压和漏电流得到抑制，但三相光伏逆变器输出电压矢量受到限制，无法输出两个零矢量状态，因此输出电压波形质量恶化。此外，该调制方法采用空间矢量调制，实现较为复杂。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种能够有效抑制高频共模电压和漏电流的三相无变压器型光伏并网逆变器及其控制方法。
为了达到上述目的，本发明的目的之一是采用如下技术方案：一种三相无变压器型光伏并网逆变器，是由直流母线、八个开关管和三个电感组成，其特征在于：直流母线的“P”端与第七开关管S7的集电极连接，第七开关管S7的发射极分别与第一开关管S1、第三开关管S3和第五开关管S5的集电极连接，第一开关管S1的发射极与第二开关管S2的集电极连接于“A”点，第三开关管S3的发射极与第四开关管S4的集电极连接于“B”点，第五开关管S5的发射极与第六开关管S6的集电极连接于“C”点，直流母线的“N”端与第八开关管S8的发射极连接，第八开关管S8的集电极分别与第二开关管S2、第四开关管S4和第六开关管S6的发射极连接，“A”点、“B”点和“C”点分别经过第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3与电网连接。
本发明的另一目的是提供一种三相无变压器型光伏并网逆变器的控制方法，其内容包括下列步骤：
(1)首先，三相无变压器型光伏逆变器初始三相调制波va、vb、vc经零序信号计算得到零序信号v0，零序信号表达式为
(2)将va、vb、vc分别与零序信号v0相加得到调制波
(3)调制波分别与载波通过比较器比较后得到逻辑信号Sa、Sb、Sc；
(4)将逻辑信号Sa、Sb、Sc通过与门得到逻辑信号a；
(5)将逻辑信号Sa、Sb、Sc通过或门得到逻辑信号b；
(6)将逻辑信号b通过非门得到逻辑信号c；
(7)将逻辑信号c和逻辑信号a通过或门得到逻辑信号d；
(8)将逻辑信号d通过非门得到开关逻辑信号S7和开关逻辑信号S8；
(9)将逻辑信号Sa和逻辑信号d通过或门得到开关逻辑信号S1；
(10)将逻辑信号Sa通过非门，再和逻辑信号d通过或门得到开关逻辑信号S2；
(11)将逻辑信号Sb和逻辑信号d通过或门得到开关逻辑信号S3；
(12)将逻辑信号Sb通过非门，再和逻辑信号d通过或门得到开关逻辑信号S4；
(13)将逻辑信号Sc和逻辑信号d通过或门得到开关逻辑信号S5；
(14)将逻辑信号Sc通过非门，再和逻辑信号d通过或门得到开关逻辑信号S6。
由于采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果是：①使系统高频共模电压得到有效抑制，同时逆变器两个零状态不受限制，输出波形质量较高。②控制方法采用载波调制，开关信号生成电路结构简单，可采用模拟电路实现。附图说明
图1为传统的光伏并网逆变器的电路原理图；
图2为本发明的光伏并网逆变器的电路原理图；
图3为本发明的光伏并网逆变器开关控制方式；
图4为传统方案共模电压波形；
图5为本发明共模电压波形；
图6为传统方案逆变器电流波形；
图7为本发明逆变器电流波形。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细具体的说明。
在图2所示中可以看到：本发明的一种三相无变压器型光伏并网逆变器主要是由八个开关管和三个电感组成，直流母线的“P”端与第七开关管S7的集电极连接，第七开关管S7的发射极分别与第一开关管S1、第三开关管S3和第五开关管S5的集电极连接，第一开关管S1的发射极与第二开关管S2的集电极连接于“A”点，第三开关管S3的发射极与第四开关管S4的集电极连接于“B”点， 第三开关管S5的发射极与第六开关管S6的集电极连接于“C”点，直流母线的“N”端与第八开关管S8的发射极连接，第八开关管S8的集电极分别与第二开关管S2、第四开关管S4和第六开关管S6的发射极连接，“A”点、“B”点和“c”点分别经过第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3与电网连接。通过适当控制，保证并网电流和电网电压同频同相，实现单位功率因数并网运行。
在图3所示中，本发明的一种三相无变压器型光伏并网逆变器的控制步骤如下：首先，三相无变压器型光伏逆变器初始三相调制波va、vb、vc经零序信号计算得到零序信号v0，零序信号表达式为将va、vb、vc分别与零序信号v0相加得到调制波调制波分别与载波通过比较器比较后得到逻辑信号Sa、Sb、Sc；将逻辑信号Sa、Sb、Sc通过与门得到逻辑信号a；将逻辑信号Sa、Sb、Sc通过或门得到逻辑信号b；将逻辑信号b通过非门得到逻辑信号c；将逻辑信号c和逻辑信号a通过或门得到逻辑信号d；将逻辑信号d通过非门得到开关逻辑信号S7和开关逻辑信号S8；将逻辑信号Sa和逻辑信号d通过或门得到开关逻辑信号S1；将逻辑信号Sa通过非门，再和逻辑信号d通过或门得到开关逻辑信号S2；将逻辑信号Sb和逻辑信号d通过或门得到开关逻辑信号S3；将逻辑信号Sb通过非门，再和逻辑信号d通过或门得到开关逻辑信号S4；将逻辑信号Sc和逻辑信号d通过或门得到开关逻辑信号S5；将逻辑信号Sc通过非门，再和逻辑信号d通过或门得到开关逻辑信号S6；
图4所示为传统方案共模电压波形，由图可知系统高频共模电压波动幅度为Ud；图5所示为本发明共模电压波形，由图可知系统高频共模电压波动幅度为Ud/3。相比于传统方案，本发明中系统高频共模电压波动幅度降低了66.7％。此外，对比图6所示的传统方案逆变器电流波形和图7所示本发明的 一种三相无变压器型光伏并网逆变器电流波形可以发现，两种方案逆变器电流波形质量一致，说明本发明不仅可以保持原有方案较好的波形质量，而且可以减小系统高频共模电压，从而使系统漏电流得到有效抑制。

Claims (2)

1.一种三相无变压器型光伏并网逆变器，它是由直流母线、八个开关管和三个电感组成，其特征在于：直流母线的“P”端与第七开关管S7的集电极连接，第七开关管S7的发射极分别与第一开关管S1、第三开关管S3和第五开关管S5的集电极连接，第一开关管S1的发射极与第二开关管S2的集电极连接于“A”点，第三开关管S3的发射极与第四开关管S4的集电极连接于“B”点，第五开关管S5的发射极与第六开关管S6的集电极连接于“C”点，直流母线的“N”端与第八开关管S8的发射极连接，第八开关管S8的集电极分别与第二开关管S2、第四开关管S4和第六开关管S6的发射极连接，“A”点、“B”点和“C”点分别经过第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3与电网连接。
2.一种基于权利要求1所述一种三相无变压器型光伏并网逆变器的控制方法，其特征在于：该方法内容包括下列步骤：
(1)首先，三相无变压器型光伏逆变器初始三相调制波va、vb、vc经零序信号计算得到零序信号v0，零序信号表达式为
(2)将va、vb、vc分别与零序信号v0相加得到调制波
(3)调制波分别与载波通过比较器比较后得到逻辑信号Sa、Sb、Sc；
(4)将逻辑信号Sa、Sb、Sc通过与门得到逻辑信号a；
(5)将逻辑信号Sa、Sb、Sc通过或门得到逻辑信号b；
(6)将逻辑信号b通过非门得到逻辑信号c；
(7)将逻辑信号c和逻辑信号a通过或门得到逻辑信号d；
(8)将逻辑信号d通过非门得到开关逻辑信号S7和开关逻辑信号S8；
(9)将逻辑信号Sa和逻辑信号d通过或门得到开关逻辑信号S1；
(10)将逻辑信号Sa通过非门，再和逻辑信号d通过或门得到开关逻辑信号S2；
(11)将逻辑信号Sb和逻辑信号d通过或门得到开关逻辑信号S3；
(12)将逻辑信号Sb通过非门，再和逻辑信号d通过或门得到开关逻辑信号S4；
(13)将逻辑信号Sc和逻辑信号d通过或门得到开关逻辑信号S5；
(14)将逻辑信号Sc通过非门，再和逻辑信号d通过或门得到开关逻辑信号S6。
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