CN105375528B - 一种单相非隔离光伏并网系统对地寄生电容评估方法 - Google Patents

一种单相非隔离光伏并网系统对地寄生电容评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单相非隔离光伏并网系统对地寄生电容评估方法，该方法具体包括：首先确定共模等效电路；然后简化共模等效电路；再测量系统的对地漏电流，分析得到谐振频率；最后估算寄生电容；在共模等效回路中，一般需要测量电压数据和电流数据才能计算对地寄生电容的大小；共模电压成分复杂，测量繁琐，且测量准确性较低；本发明在评估的整个过程中只需要测量系统工作时对地漏电流，避免了共模等效回路中电压的测量，简化了评估过程中繁琐的测量过程和信号分析过程。

Description

一种单相非隔离光伏并网系统对地寄生电容评估方法
技术领域
本发明属于分布式单相光伏并网发电领域，具体涉及一种单相非隔离光伏并网系统对地寄生电容评估方法。
背景技术
近年来，分布式光伏并网发电技术得到迅速发展；为了进一步提高分布式光伏并网系统的发电效率和降低发电成本，目前分布式光伏并网系统中普遍采用无变压器隔离的并网逆变器。无变压器隔离的光伏并网系统因光伏阵列和逆变器本身对地寄生电容的存在会产生较大的对地漏电流而降低了其安全性和发电质量。目前对于寄生电容的大小只能根据光伏电池厂家说明书进行估计，而无法对整个光伏系统的寄生电容进行整体计算，而估算整个光伏系统的寄生电容对改进光伏系统安装，研究抑制对地漏电流方法和避免共模回路发生串联谐振具有很好指导作用。因此，评估单相非隔离光伏并网系统对地寄生电容是非常有必要的。
发明内容
本发明是针对整个光伏并网系统主要位置的寄生电容大小进行评估；利用并网系统的共模等效回路和谐振频率估算出整个系统对地寄生电容，无需测量系统中的电压量，能够使整个光伏并网系统对地寄生电容更加接近实际值。
本发明中的一种单相非隔离光伏并网系统对地寄生电容评估方法，具体包括以下步骤：
步骤一、确定共模等效电路
在逆变桥电路中结合共、差模电压的定义得到逆变器输出侧共模电压、差模电压如式(1)；
其中Vcm、Vdm分别为共模等效电路中共模电压和差模电压；VAO、VBO为逆变桥输出端相对于直流负母线电压；根据式(1)得出式(2)逆变输出端对直流负母线电压；
根据公式(2)得到的逆变桥输出端相对直流负母线电压，共、差模信号在整个系统中的流通路径以及光伏系统逆变输出侧到电网的结构确定共模等效电路；
步骤二、简化共模等效电路
根据电路等效原理，将复杂的共模等效电路进行化简；
步骤三、测量系统的对地漏电流，分析得到谐振频率
测量整个系统工作过程中的对地漏电流，将系统的输出侧L线和N线并靠在一起视为一个整体进行不少于10次电流测量，测得电流即为对地漏电流；对多次测量得到的漏电流进行频谱分析；除去系统工作调制频率和工频成分，由于串联谐振频率处漏电流幅值大于非谐振频率处的漏电流幅值，因此选取谐波中最大电流幅值所对应的频率为估计的谐振频率fres；
步骤四、估算寄生电容
根据电路理论，由步骤二中得出的简化电路和步骤三中测量估计谐振频率fres进行寄生电容值的估计计算；对估计的寄生电容值舍去最大值和最小值，将剩余估计计算所得寄生电容值取平均值，所得结果为对整个系统所评估的寄生电容值。
有益效果：在共模等效回路中，一般需要测量电压数据和电流数据才能计算对地寄生电容的大小；共模电压成分复杂，测量繁琐，且测量准确性较低；本发明在评估的整个过程中只需要测量系统工作时对地漏电流，避免了共模等效回路中电压的测量，简化了评估过程中繁琐的测量过程和信号分析过程。
附图说明：
图1本发明实施步骤图；
图2带有寄生电容的非隔离两级光伏并网系统结构图；
图3(a)为共模等效回路；
图3(b)为第一次简化后的共模等效回路；
图3(c)为第二次简化后的共模等效回路；
图3(d)为第三次简化后的共模等效回路；
图3(e)为第四次简化后的共模等效回路。
具体实施方式：
现结合附图对本发明专利详细描述如下：
如附图1所示，本发明方法包括根据实际光伏并网系统得出共模等效电路并对之进行化简，根据采集的对地漏电流分析出谐振频率，最后根据简化共模等效电路和谐振频率估计出整个系统对地寄生电容。
步骤一、确定共模等效电路
如附图2所示的非隔离两级光伏并网系统，PV为光伏阵列，C1主要抑制光伏阵列两端电压波动；L0、T0、C0、Cdc组成前级DC/DC升压装置，完成对光伏阵列的最大功率点追踪；Cdc两侧电压为直流母线电压，其值在系统工作过程中保持稳定。T1、T2、T3、T4、T5、T6、D1、D2组成后级DC/AC为逆变桥电路，完成直流到交流的变换；L1、L2、Cx1构成LC滤波电路；Lcm1、Lcm2、C6、C7组成EMI滤波器；ug为电网，C2、C3、C4、C5为系统寄生电容；Rg为光伏阵列和逆变器接地端到电网接地端的电阻；
在逆变桥电路中根据共、差模电压的定义得共模电压、差模电压如式(1)；
其中Vcm、Vdm分别为共模等效电路中共模电压和差模电压；VAO、VBO为逆变桥输出端相对于直流负母线电压；根据式(1)得出式(2)
根据公式(2)得到的逆变桥输出端相对直流负母线电压和共、差模信号在整个系统中的流通路径以及光伏系统逆变输出侧到电网的结构确定共模等效电路；如附图3(a)所示共模等效电路，其中CPV为光伏阵列对地寄生电容总和；
CPV＝C1+C2 (3)
步骤二、简化共模等效电路
根据电路等效原理，将复杂的共模等效电路进行化简。
(1)将C2、C3从差模支路中分离出来得到附图3(b)。
(2)根据戴维南定理将附图3(b)中C2、C3所在支路进行化简；同时将L1、L2所在支路进行化简得出附图3(c)等效电路。
C6＝C2+C3 (4)
C7＝C4+C5 (7)
V1为C2、C3所在支路化简后的电压源；C6为C2、C3所在支路化简后的电容；V2为L1、L2所在支路化简后电压源；L5为L1、L2所在支路化简后电感；C7为EMI滤波器共模电容之和。
(3)根据逆变器内部安装情况，C2、C3大小相等，L1、L2大小相等。则根据式(3)(5)电压源V1、V2均为零。通过戴维南等效定理得到附图3(d)所示简化等效电路，其中L3、L4、L5、C7值均为已知或者可测量得出。
Ct＝C1+C2+C3 (8)
Ct为将附图3(c)中C1、C6两支路进行化简后的总电容，是整个系统寄生电容总和；Vt为为将附图3(c)中C1、C6两支路进行化简后的电压源，是整个共模回路的总电压源。
(d)计算附图3(d)中L4、C7、Rg组成的二端网络复频域输入阻抗zin；
根据式(10)可得附图3(e)所示LC网络，其中Z(ω)、C(ω)分别为：
步骤三、测量系统的对地漏电流，分析得到谐振频率
测量整个系统工作过程中的对地漏电流，将系统的输出侧L线和N线并靠在一起视为一个整体进行不少于10次电流测量，测得电流即为对地漏电流；对多次测量得到的漏电流进行频谱分析；除去系统工作时调制频率和工频成分，由于串联谐振频率处漏电流幅值大于非谐振频率处的漏电流幅值，因此选取谐波中最大电流幅值所对应的频率为估计的谐振频率fres；
步骤四、估算寄生电容
根据电路理论，不考虑电路发生局部谐振情况，由步骤二中得出的简化电路和步骤三中测量估计谐振频率根据式(13)对系统谐振频率fres进行寄生电容值的估计计算；
其中L为L3与L5的总电感，C为Ct和C(ω)的总电容。对估计的寄生电容值舍去最大值和最小值，将剩余估计计算所得寄生电容值取平均值，所得结果为对整个系统所评估的寄生电容值。

Claims (1)

1.一种单相非隔离光伏并网系统对地寄生电容评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、确定共模等效电路
在逆变桥电路中结合共、差模电压的定义得到逆变器输出侧共模电压、差模电压如式(1)；
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其中Vcm、Vdm分别为共模等效电路中共模电压和差模电压；VAO、VBO为逆变桥输出端相对于直流负母线电压；根据式(1)得出式(2)逆变输出端对直流负母线电压；
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根据公式(2)得到的逆变桥输出端相对直流负母线电压，共、差模信号在整个系统中的流通路径以及光伏系统逆变输出侧到电网的结构确定共模等效电路；
步骤二、简化共模等效电路
根据电路等效原理，将复杂的共模等效电路进行化简；
步骤三、测量系统的对地漏电流，分析得到谐振频率
测量整个系统工作过程中的对地漏电流，将系统的输出侧L线和N线并靠在一起视为一个整体进行不少于10次电流测量，测得电流即为对地漏电流；对多次测量得到的漏电流进行频谱分析；除去系统工作调制频率和工频成分，由于串联谐振频率处漏电流幅值大于非谐振频率处的漏电流幅值，因此选取谐波中最大电流幅值所对应的频率为估计的谐振频率fres；
步骤四、估算寄生电容
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