CN104967346B - 一种三电平光伏并网逆变器共模电压的空间矢量抑制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种三电平光伏并网逆变器共模电压的空间矢量抑制方法，该方法包括以下步骤：在合成逆变器的输出电压空间矢量的过程中，选取共模电压模长不大于六分之一输入电压值的电压空间矢量合成参考矢量；在每个所述参考矢量的合成过程中，选取零矢量作为首发矢量；将所述参考矢量作为逆变器的输出电压空间矢量。该方法中采用模长小于或等于六分之一输入电压值的电压空间矢量合成参考矢量，使得共模电压的变化幅值被限制在输入电压值的六分之一的范围内，同时该方法有效的降低了共模电压的变化频率，极大地抑制了逆变器的漏电流。
Description
技术领域
本发明属于三相三电平逆变器技术领域，尤其涉及一种三电平光伏并网逆变器共模电压的空间矢量抑制方法。
背景技术
为保证使用安全，VDE 4105标准对光伏(Photovoltaic，PV)并网系统共模电流(漏电流)有严格限制。采用网侧工频隔离变压器可实现PV和电网的电气隔离、抑制漏电流，但是，工频变压器体积大、重量重、成本高、系统效率低。若采用高频变压器实现PV和电网的电气隔离，可降低系统体积、重量和成本，但功率变换被分成数级，且系统效率并没有明显改善。而并网逆变器的变换效率与光伏发电系统的发电效率密切相关。因此，效率高、体积小、重量轻和成本低的非隔离光伏并网逆变器有明显优势。但变压器的消除使得PV和电网之间有了电气连接，漏电流可能会大幅增加，带来传导和辐射干扰，增加进网电流谐波以及损耗，甚至危及设备和人员安全。故低漏电流的非隔离光伏并网逆变器成为了研究热点之一。
目前对共模电流(漏电流)的抑制策略中，多数仅考虑了直流电压的利用率和共模电压的幅值，所以，现有技术中对共模电流(漏电流)的抑制策略中都是在不降低直流电压利用率的前提下，有效的降低了共模电压幅值，减小了逆变器的漏电流，在此过程中未考虑共模电压的变化频率。但是，漏电流不仅取决于共模电压的变化幅值，还取决于共模电压的变化频率。
所以，现有技术中，对共模电流(漏电流)的抑制策略中，由于未考虑共模电压的变化频率对漏电流的影响，从而影响了漏电流的抑制效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种三电平光伏并网逆变器共模电压的空间矢量抑制方法，以解决现有技术中，对漏电流的抑制由于未考虑共模电压的变化频率对漏电流的影响从而影响了漏电流的抑制效果的问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
在一些可选的实施例中，所述空间矢量抑制方法包括以下步骤：在合成逆变器的输出电压空间矢量的过程中，选取共模电压模长不大于六分之一输入电压值的电压空间矢量合成参考矢量；在每个所述参考矢量的合成过程中，选取零矢量作为首发矢量；将所述参考矢量作为逆变器的输出电压空间矢量。
在一些可选的实施例中，该空间矢量抑制方法中在每个参考矢量的合成过程中，按照以下方式确定首发矢量之外的其它两个电压空间矢量的发送顺序：确定所述其它两个电压空间矢量的不同发送顺序产生的共模电压的变化频率；采用共模电压的变化频率最低时对应的电压空间矢量的发送顺序作为首发矢量之外的其它两个电压空间矢量的发送顺序。
在一些可选的实施例中，该空间矢量抑制方法中选取共模电压模长不大于六分之一输入电压值的电压空间矢量合成参考矢量的过程包括：确定所述参考矢量的扇区分布位置；在所述参考矢量所属的扇区中，选取共模电压模长不大于六分之一输入电压值的电压空间矢量合成参考矢量。
在一些可选的实施例中，该空间矢量抑制方法中在确定参考矢量的扇区分布位置之前，先将电压空间矢量对应的矢量空间进行扇区划分。
在一些可选的实施例中，该空间矢量抑制方法中将电压空间矢量对应的矢量空间进行扇区划分的过程包括：将电压空间矢量对应的矢量空间的每个大扇区分别利用两条曲线划分为4个小扇区；其中，
将第一大扇区划分为4个小扇区的两条曲线的表达式为：
将第二大扇区划分为4个小扇区的两条曲线的表达式为：
将第三大扇区划分为4个小扇区的两条曲线的表达式为：
将第四大扇区划分为4个小扇区的两条曲线的表达式为：
将第五大扇区划分为4个小扇区的两条曲线的表达式为：
将第六大扇区划分为4个小扇区的两条曲线的表达式为：
其中，Vβ为电压空间矢量在β坐标轴的分量，Vα为电压空间矢量在α坐标轴的分量，Vdc为所述电压空间矢量的最大模长。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
该方法中选取共模电压模长不大于六分之一输入电压值的电压空间矢量合成参考矢量，且在每个所述参考矢量的合成过程中，始终选取零矢量作为首发矢量。这样，不仅可以保证直流电压的利用率，降低共模电压的幅值，同时，有效的降低了共模电压的变化频率，极大地提高了漏电流的抑制效果。
为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。
附图说明
图1是本发明实施例三电平光伏并网逆变器共模电压的空间矢量抑制方法的流程示意图；
图2是本发明实施例电压空间矢量对应的矢量空间的扇区划分的示例图；
图3是本发明实施例电压空间矢量对应的矢量空间的扇区划分的示例图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
现在结合附图进行说明，图1示出的是一些可选的实施例中三电平光伏并网逆变器共模电压的空间矢量抑制方法的流程图；图2示出的是一些可选的实施例中电压空间矢量对应的矢量空间的扇区划分的示例图；图3示出的是一些可选的实施例中电压空间矢量对应的矢量空间的扇区划分的示例图。
如图1所示，在一些可选的实施例中，公开了一种三电平光伏并网逆变器共模电压的空间矢量抑制方法，该方法包括以下步骤：
S11、在合成逆变器的输出电压空间矢量的过程中，选取共模电压模长不大于六分之一输入电压值的电压空间矢量合成参考矢量；
其中，选取共模电压模长不大于六分之一输入电压值的电压空间矢量合成参考矢量的过程包括：确定所述参考矢量的扇区分布位置；在所述参考矢量所属的扇区中，选取共模电压模长不大于六分之一输入电压值的电压空间矢量合成参考矢量。
在确定参考矢量的扇区分布位置之前，先将电压空间矢量对应的矢量空间进行扇区划分。
如图2所示，在一些可选的实施例中，可以将电压空间矢量对应的矢量空间按照图2所示的扇区划分方式进行划分，图2中，将每个大扇区分别利用三条曲线划分为4个小扇区；
将第一大扇区划分为4个小扇区的三条曲线的表达式为：
将第二大扇区划分为4个小扇区的三条曲线的表达式为：
将第三大扇区划分为4个小扇区的三条曲线的表达式为：
将第四大扇区划分为4个小扇区的三条曲线的表达式为：
将第五大扇区划分为4个小扇区的三条曲线的表达式为：
将第六大扇区划分为4个小扇区的三条曲线的表达式为：
其中，Vβ为电压空间矢量在β坐标轴的分量，Vα为电压空间矢量在α坐标轴的分量，Vdc为所述电压空间矢量的最大模长。
如图3所示，在一些可选的实施例中，将电压空间矢量对应的矢量空间按照图3所示的扇区划分方式进行划分，图3中，将每个大扇区分别利用两条曲线划分为4个小扇区；
将第一大扇区划分为4个小扇区的两条曲线的表达式为：
将第二大扇区划分为4个小扇区的两条曲线的表达式为：
将第三大扇区划分为4个小扇区的两条曲线的表达式为：
将第四大扇区划分为4个小扇区的两条曲线的表达式为：
将第五大扇区划分为4个小扇区的两条曲线的表达式为：
将第六大扇区划分为4个小扇区的两条曲线的表达式为：
其中，Vβ为电压空间矢量在β坐标轴的分量，Vα为电压空间矢量在α坐标轴的分量，Vdc为所述电压空间矢量的最大模长。
S12、在每个所述参考矢量的合成过程中，选取零矢量作为首发矢量；
在一些可选的实施例中，该空间矢量抑制方法中在每个参考矢量的合成过程中，按照以下方式确定首发矢量之外的其它两个电压空间矢量的发送顺序：确定所述其它两个电压空间矢量的不同发送顺序产生的共模电压的变化频率；采用共模电压的变化频率最低时对应的电压空间矢量的发送顺序作为首发矢量之外的其它两个电压空间矢量的发送顺序。
采用图2所示的扇区划分方式对电压空间矢量对应的矢量空间进行划分之后，当参考矢量落入图2中的每个大扇区中的A或B两个小扇区中时，合成参考矢量时都是选取零矢量作为首发矢量，当参考矢量落入C或D两个小扇区中时，首发矢量并不是零矢量，参考矢量落在4个小扇区的任何一个小扇区中，逆变器共模电压变化幅值均为UPV/6(UPV为输入电压)，但是共模电压变化频率均为开关频率的2倍，所以，采用图2的扇区划分方式时，共模电压的变化频率会对漏电流的抑制效果产生一定的影响，抑制效果有待进一步改进。
采用图3所示的扇区划分方式对电压空间矢量对应的矢量空间进行划分之后，参考矢量落入任意一个大扇区中的A、B、C、D任意一个小扇区中，都会选取零矢量作为首发矢量，这样，不仅保证逆变器的共模电压变化幅值始终小于或等于UPV/6(UPV为输入电压)，而且，在参考矢量落入图3中的每个大扇区中的C或D小扇区中时，在逆变器的调制比大于0.5时，有效的降低了共模电压的变化频率，使得共模电压的变化频率等于开关频率，更加有效的抑制了漏电流。
S13、将所述参考矢量作为逆变器的输出电压空间矢量。
采用该方法，不仅可以保证直流电压的利用率，降低共模电压的幅值，同时，有效的降低了共模电压的变化频率，极大地提高了漏电流的抑制效果。
本领域技术人员还应当理解，对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种三电平光伏并网逆变器共模电压的空间矢量抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
在合成逆变器的输出电压空间矢量的过程中，选取共模电压模长不大于六分之一输入电压值的电压空间矢量合成参考矢量；
在每个所述参考矢量的合成过程中，选取零矢量作为首发矢量；
将所述参考矢量作为逆变器的输出电压空间矢量；
其中，在每个所述参考矢量的合成过程中，按照以下方式确定首发矢量之外的其它两个电压空间矢量的发送顺序：
确定所述其它两个电压空间矢量的不同发送顺序产生的共模电压的变化频率；
采用共模电压的变化频率最低时对应的电压空间矢量的发送顺序作为首发矢量之外的其它两个电压空间矢量的发送顺序。
2.根据权利要求1所述的三电平光伏并网逆变器共模电压的空间矢量抑制方法，其特征在于，所述选取共模电压模长不大于六分之一输入电压值的电压空间矢量合成参考矢量的过程包括：
确定所述参考矢量的扇区分布位置；
在所述参考矢量所属的扇区中，选取共模电压模长不大于六分之一输入电压值的电压空间矢量合成参考矢量。
3.根据权利要求2所述的三电平光伏并网逆变器共模电压的空间矢量抑制方法，其特征在于，在确定所述参考矢量的扇区分布位置之前，先将电压空间矢量对应的矢量空间进行扇区划分。
4.根据权利要求3所述的三电平光伏并网逆变器共模电压的空间矢量抑制方法，其特征在于，所述将电压空间矢量对应的矢量空间进行扇区划分的过程包括：将电压空间矢量对应的矢量空间的每个大扇区分别利用两条曲线划分为4个小扇区；其中，
将第一大扇区划分为4个小扇区的两条曲线的表达式为：
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |