CN111697865B - 直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器及并网系统 - Google Patents

直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器及并网系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111697865B
CN111697865B CN202010694445.XA CN202010694445A CN111697865B CN 111697865 B CN111697865 B CN 111697865B CN 202010694445 A CN202010694445 A CN 202010694445A CN 111697865 B CN111697865 B CN 111697865B
Authority
CN
China
Prior art keywords
diode
power switch
switch tube
grid
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010694445.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111697865A (zh
Inventor
蒋林
赵鹏程
蹇治权
韩璐
李平原
邱存勇
王洋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Petroleum University
Original Assignee
Southwest Petroleum University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Petroleum University filed Critical Southwest Petroleum University
Priority to CN202010694445.XA priority Critical patent/CN111697865B/zh
Publication of CN111697865A publication Critical patent/CN111697865A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111697865B publication Critical patent/CN111697865B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53873—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with digital control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0038—Circuits or arrangements for suppressing, e.g. by masking incorrect turn-on or turn-off signals, e.g. due to current spikes in current mode control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/123—Suppression of common mode voltage or current
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本申请实施例公开了一种直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器，包括：直流电源、三相逆变桥、滤波电路、交流电网和钳位电路；钳位电路包括第九功率开关管以及与第九功率开关管并联的阻抗电阻；第一直流侧电容负极和第二直流侧电容；钳位电路包括二极管D82、二极管D83、二极管D72和二极管D73，二极管D82和二极管D83的正极分别连接在第八功率开关管漏极，二极管D82和二极管D83的负极分别连接第八功率开关管源极；二极管D72和二极管D73的正极分别连接在第七功率开关管漏极，二极管D72和二极管D73的负极分别连接在第七功率开关管源极，从而有效抑制系统漏电流。

Description

直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器及并网系统
技术领域
本申请实施例涉及光伏并网逆变器领域，具体涉及一种直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器及并网系统。
背景技术
随着分布式光伏发电系统的发展，非隔离三相光伏并网逆变器更倾向于微电网等应用场景。具有体积小、重量轻、成本低等优点的非隔离光伏非隔离三相光伏并网逆变器受到国内外的广泛关注。
在实际工程中，由于非隔离光伏非隔离三相光伏并网逆变器无变压器进行电气隔离，高频开关产生的高频变化的共模电压作用在PV板与地(设备外壳)之间的杂散电容上，会引发漏电流问题，漏电流不仅会导致并网电流畸变、增加总谐波失真(THD)，还会引发电磁干扰问题，甚至危及人员和设备安全。
相比二极管钳位型、级联型、飞跨电容型等三相逆变器，电压源三相全桥逆变器(B6-type inveter，B6)因其效率高、体积小、器件少等优点广泛应用于三相光伏系统。但较大漏电流，限制了B6逆变器在无变压器光伏并网系统的应用，国内外学者为改善B6逆变器的漏电流特性，进行了深入的研究。
现有技术中，在B6直流侧添加两个对称开关管构成H8结构，当系统工作在V1-V6时，S7-S8导通，当系统工作在零矢量时，S7-S8关断且S1-S6均导通，实现交直流侧隔离，从而减小共模电压。但开关管的不规则切换会造成并网电流含有较多的谐波，漏电流效果仍不理想。
发明内容
本申请实施例提供一种直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器及并网系统，用于在钳位电路的功率开关管反并联两个二极管，实现了通过不增加系统损耗和控制难度，降低并网逆变器共模电压高频成分，从而有效抑制系统漏电流。
本申请实施例第一方面提供的直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器，包括直流电源、三相逆变桥、滤波电路、交流电网和钳位电路，所述滤波电路分别与所述三相逆变桥和所述交流电网相连；
所述钳位电路包括第九功率开关管以及与所述第九功率开关管并联的阻抗电阻；第一直流侧电容负极和第二直流侧电容，所述第一直流侧电容负极和所述第二直流侧电容正极分别与所述第九功率开关管漏极相连，所述第一直流侧电容正极和所述第二直流侧电容负极与第七功率开关管漏极和第八功率开关管源极连接；所述第八功率开关管以及与所述第八功率开关管反并联的二极管D81，所述第七功率开关管以及与所述第七功率开关管反并联的二极管D71，所述第八功率开关管漏极和源极分别与所述直流电源负值和所述三相逆变桥相连，所述第七功率开关管漏极和源极分别与所述直流电源正极和所述三相逆变桥相连，所述第九功率开关管源极还与第七功率开关管漏极连接；
所述钳位电路还包括二极管D82、二极管D83、二极管D72和二极管D73，所述二极管D82和所述二极管D83的正极分别连接在所述第八功率开关管漏极，所述二极管D82和所述二极管D83的负极分别连接所述第八功率开关管源极；所述二极管D72和所述二极管D73的正极分别连接在所述第七功率开关管漏极，所述二极管D72和所述二极管D73的负极分别连接在所述第七功率开关管源极。
可选地，所述三相逆变桥包括第一功率开关管、第二功率开关管和第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管和第六功率开关管，以及分别与第一功率开关管、第二功率开关管和第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管和第六功率开关管反并联的二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6；
所述第一功率开关管的源极与所述第二功率开关管的漏极连接，所述第三功率开关管的源极与所述第四功率开关管的漏极连接，所述第五功率开关管的源极与所述第六功率开关管的漏极连接。
可选地，所述滤波电路包括A相滤波电感La，B相滤波电感Lb，C相滤波电感Lc，A相滤波电阻Ra，B相滤波电阻Rb，C相滤波电阻Rc；
所述A相滤波电感La与所述A相滤波电阻Ra连接后与交流电网Ea连接，所述B相滤波电感Lb与所述B相滤波电阻Rb连接后与交流电网Eb连接，所述C相滤波电感Lc与所述C相滤波电阻Rc连接后与交流电网Ec连接。
可选地，所述二极管D1、所述二极管D2、所述二极管D3、所述二极管D4、所述二极管D5、所述二极管D6、所述二极管D71、所述二极管D72、所述二极管D73、所述二极管D81、所述二极管D82和所述二极管D83均为快速恢复二极管。
可选地，所述第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管、第六功率开关管、第七功率开关管、第八功率开关管和第九功率开关管均为金氧半场效晶体管。
可选地，所述A相滤波电感La、所述B相滤波电感Lb和所述C相滤波电感Lc分别对应的电感值相等。
可选地，所述A相滤波电阻Ra、所述B相滤波电阻Rb和所述C相滤波电阻Rc分别对应的阻值相等。
可选地，所述直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器还包括杂散电容CPV，所述杂散电容CPV分别与所述直流电源udc的负极和所述交流电网Ea、所述交流电网Eb和交流电网Ec的连接点连接。
可选地，所述二极管D82、所述二极管D83、所述二极管D72和所述二极管D73分别对应的参数相同。
可选地，所述交流电网包括A相交流电网、B相交流电网、C相交流电网，所述A相交流电网、所述B相交流电网和所述C相交流电网呈星型连接。
本申请实施例第二方面提供的一种并网系统，所述并网系统包括第一方面任意一项的直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请提供的直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器，通过在第八功率开关管反并联二极管D82和二极管D83，以及在第七功率开关管反并联二极管D72和二极管D73，通过第一直流侧电容和第二直流侧电容将其连接中点对直流电压稳定在3/4udc，经第九功率开关管接入并网逆变器，实现了原H8逆变器的基础上增加了4只二极管和一只第九功率开关管，即可使得第一功率开关管、第三功率开关管、第五功率开关管状态为000、111、110、101、011时，并网逆变器共模电压均为直流母线电压的一半，从而减小系统共模电压的变化幅度、降低切换频率，达到抑制漏电流的目的。
另外，本实施例提供的并网系统同样具有上述效果。
附图说明
图1为本申请实施例提供的直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器的示意图；
图2为本申请实施例提供的并网逆变器各功率开关管的调制策略示意图；
图3为本申请实施例提供的并网逆变器与控制电路连接的电路示意图；
图4为本申请实施例提供的仿真模型的三相并网电压以及电流波形示意图；
图5为本申请实施例提供的直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器的一个等效电路图；
图6为本申请实施例提供的直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器的另一个等效电路图；
图7为本申请实施例提供的直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器的另一个等效电路图；
图8为本申请实施例提供的直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器的另一个等效电路图；
图9为本申请实施例提供的直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器的漏电流模型示意图；
图10为本申请实施例提供的直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器的共模电压的波形示意图；
图11为本申请实施例提供的直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器寄生电容两端的电压；
图12为本申请实施例提供的直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器的漏电流波形。
具体实施方式
下面结合附图，对本申请的实施例进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员可知，随着新技术的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
本申请实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请实施例的实施例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
本申请实施例提供一种直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器及并网系统，用于在钳位电路的功率开关管反并联两个二极管，实现了通过不增加系统损耗和控制难度，降低并网逆变器共模电压高频成分，从而有效抑制系统漏电流。
下面对本申请实施例提供的直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器及并网系统进行描述。
请参考图1，图1为本申请实施例提供的直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器的示意图，如图1所示，本申请实施例提供的直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器包括：直流电源udc、三相逆变桥102、滤波电路103、交流电网104和钳位电路101。
如图1所示，钳位电路101包括第九功率开关管S9、阻抗电阻R1、第一直流侧电容Cdc1、第二直流侧电容Cdc2、第八功率开关管S8、和第七功率开关管S7、二极管D71、二极管D72、二极管D73、二极管D81、二极管D82和二极管D83、。
具体地：阻抗电阻R1与第九功率开关管S9并联；第一直流侧电容Cdc1的负极和第二直流侧电容Cdc2的正极分别与第九功率开关管的漏极相连，第一直流侧电容Cdc1的正极和第二直流侧电容Cdc2的负极与第七功率开关管S7的漏极和第八功率开关管S8的源极连接，其中，第九功率开关管S9的源极与第七功率开关管S7的漏极连接，本实施例中，通过第一直流侧电容Cdc1和第二直流侧电容Cdc2将其连接中点对直流电压稳定在3/4udc，经第九功率开关管S9接入逆变器；需要说明的是，本实施例提供的阻抗电阻R1为高阻抗电阻，其阻抗值大于预定值。
二极管D81反并联于第八功率开关管S8，即二极管D81的正极连接第八功率开关管S8的漏极，二极管D81的负极连接第八功率开关管S8的源极，第八功率开关管S8的漏极和源极分别与直流电源udc的负值和三相逆变桥102相连；二极管D71反并联于第七功率开关管S7，即二极管D71的正极连接第七功率开关管S7的漏极，二极管D71的负极连接第七功率开关管S7的源极,第七功率开关管S7的漏极和源极分别与直流电源udc的正极和三相逆变桥102相连。
本实施例提供的二极管D82的正极连接在第八功率开关管S8的漏极，二极管D82的负极连接第八功率开关管S8的源极，二极管D83的正极连接在第八功率开关管S8的漏极，二极管D83的负极连接第八功率开关管S8的源极；二极管D72的正极连接在第七功率开关管S7的漏极，二极管D72的负极连接在第七功率开关管S7的源极,二极管D73的正极连接在第七功率开关管S7的漏极，二极管D73的负极连接在第七功率开关管S7的源极。
可选地，本实施例提供的二极管D72、二极管D73、二极管D82和二极管D83分别对应的参数可以相同。当然，本实施例仅为一实施例，在其他的可实现方式中，反并联于第八功率开关管S8和第二功率开关管S7的二极管的数量还可是其他的数量，此处不做限定。
如图1所示，本实施例中，三相逆变桥102包括第一功率开关管S1以及与第一功率开关管S1反并联的二极管D1、第二功率开关管S2以及与第二功率开关管S2反并联的二极管D2、第三功率开关管S3以及与第三功率开关管S3反并联的二极管D3、第四功率开关管S4以及与第四功率开关管S4反并联的二极管D4、第五功率开关管S5以及与第五功率开关管S5反并联的二极管D5、第六功率开关管S6以及与第六功率开关管S6反并联的二极管D6。
具体地，所述第一功率开关管S1的源极与所述第二功率开关管S2的漏极连接，连接点为A，所述第三功率开关管S3的源极与所述第四功率开关管S4的漏极连接，连接点为B，所述第五功率开关管S5的源极与所述第六功率开关管S6的漏极连接，连接点为C。
二极管D1的正极连接在第一功率开关管S1的漏极，二极管D1的负极连接第一功率开关管S1的源极；二极管D2的正极连接在第二功率开关管S2的漏极，二极管D2的负极连接第二功率开关管S2的源极；二极管D3的正极连接在第三功率开关管S3的漏极，二极管D3的负极连接第三功率开关管S3的源极；二极管D4的正极连接在第四功率开关管S4的漏极，二极管D4的负极连接第四功率开关管S4的源极；二极管D5的正极连接在第五功率开关管S5的漏极，二极管D5的负极连接第五功率开关管S5的源极；二极管D6的正极连接在第六功率开关管S6的漏极，二极管D6的负极连接第六功率开关管S6的源极。
可以理解的是，本实施例提供的第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第五功率开关管S5、第四功率开关管S6、第四功率开关管S7和第八功率开关管S8的驱动信号分别为G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7和G8，各驱动信号具体可通过以下方式获得：
通过电压传感器实时监测电网电压信号，并将信号传入三相锁相环获得电网电压实时相位θ；通过电流传感器，检测三相并网电流，将检测到的三相并网电流经过Clark完成三相旋转到两相静止变换，再通过Park完成两相静止到两相旋转变换，得到dq轴电流；经过dq轴误差运算后送入可实现无静差控制的PI调节器，经反Park和反Clark变换得到调制电压信号VA*,VB*,VC*；VA*与载波送入比较器得到G1信号，G1信号通过反相器得到G2信号；VB*与载波送入比较器得到G3信号，G3信号通过反相器得到G4信号；VC*与载波送入比较器得到G5信号，G5信号通过反相器得到G6信号；所述载波为高频三角波或锯齿波；G1、G2、G3、G4、G5、G6为高频通断信号；对G1、G3、G5进行与非运算得到G7，对G2、G4、G6进行与非运算得到G8；对G1、G3、G6，G1、G4、G5，G2、G3、G5分别求与，再进行或运算即可得到G9。
在一种可能实现的方式中，如图1所示，滤波电路103包括A相滤波电感La，B相滤波电感Lb，C相滤波电感Lc，A相滤波电阻Ra，B相滤波电阻Rb，C相滤波电阻Rc。
其中，A相滤波电感La与A相滤波电阻Ra连接后与交流电网104的A相交流电网Ea连接，B相滤波电感Lb与B相滤波电阻Rb连接后与交流电网104的B相交流电网Eb连接，C相滤波电感Lc与C相滤波电阻Rc连接后与交流电网104的C相交流电网Ec连接。
需要说明的是，本实施例中，交流电网104的A相交流电网Ea、B相交流电网Eb、C相交流电网Ec呈星型连接。
可以理解的是，A相滤波电感La还与连接点A连接；B相滤波电感Lb还与连接点B连接；C相滤波电阻Rc还与连接点C连接。
在一种可能实现的方式中，本申请实施例提供直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器还可以包括杂散电容CPV，杂散电容CPV的一端与直流电源udc的负极连接，杂散电容CPV的另一端与交流电网Ea、交流电网Eb和交流电网Ec的连接点n连接。
在一种可能实现的方式中，二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D71、二极管D72、二极管D73、二极管D81、二极管D82和二极管D83均为快速恢复二极管，且各二极管的参数相同，当然，快速恢复二极管仅为是一种示例，本实施例中，各二极管也可以是其他类的二极管，此处不做具体限定。
在一种可能实现的方式中，第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第五功率开关管S5、第六功率开关管S6、第七功率开关管S7和第八功率开关管S8均为金氧半场效晶体管，当然也可以是其他类的晶体管。
在一种可能实现的方式中，A相滤波电阻Ra、B相滤波电阻Rb和C相滤波电阻Rc分别对应的阻值相等。
本申请提供的直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器，通过在第八功率开关管S8反并联二极管D82和二极管D83，以及在第七功率开关管S7反并联二极管D72和二极管D73，通过第一直流侧电容Cdc1和第二直流侧电容Cdc2将其连接中点对直流电压稳定在3/4udc，经第九功率开关管S9接入并网逆变器，实现了原H8逆变器的基础上增加了4只二极管和一只第九功率开关管，即可使得第一功率开关管、第三功率开关管、第五功率开关管状态为000、111、110、101、011时，并网逆变器共模电压均为直流母线电压的一半，从而减小系统共模电压的变化幅度、降低切换频率，达到抑制漏电流的目的。
上面对本申请实施例提供的直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器进行了描述，下面对本申请实施例提供的直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器相应的工作原理进行描述。
请参照图1所示,根据共模电压(Common-Mode Voltage，CMV)定义,CMV为逆变器输出与直流源负极间电压差的平均值可得
Figure BDA0002590471190000091
图2为本申请实施例提供的并网逆变器各功率开关管的调制策略示意图，其中G1～G9为功率开关管S1～S9对应的驱动信号，VA*,VB*,VC*为调制电压信号。其中G1、G3、G5驱动信号由正弦调制波和载波通过比较器得到，将G1、G3、G5送入反相器分别得到G2、G4、G6，对G1、G3、G5进行与非运算得到G7，对G2、G4、G6进行与非运算得到G8；对G1、G3、G6，G1、G4、G5，G2、G3、G5分别求与，再进行或运算即可得到G9。其布尔运算关系：
Figure BDA0002590471190000092
图3为本申请实施例提供的并网逆变器与控制电路连接的电路示意图，其中，控制电路用于驱动功率开关管S1～S9控制策略具体如下：
控制电路采用电流环控制策略，向电网注入与电网电压同频同相的三相电流。通过电压传感器实时监测电网电压信号，并将信号传入三相锁相环(phase-locked loop，PLL)获得电网电压实时相位θ；通过电流传感器，检测三相并网电流，将检测到的三相并网电流经过Clark完成三相旋转到两相静止变换，再通过Park完成两相静止到两相旋转变换，得到dq轴电流；经过dq轴误差运算后送入可实现无静差控制的PI调节器，经反Park和反Clark变换得到调制电压信号VA*,VB*,VC*；VA*与载波送入比较器得到G1信号，G1信号通过反相器得到G2信号；VB*与载波送入比较器得到G3信号，G3信号通过反相器得到G4信号；VC*与载波送入比较器得到G5信号，G5信号通过反相器得到G6信号；所述载波为高频三角波或锯齿波；G1、G2、G3、G4、G5、G6为高频通断信号；对G1、G3、G5进行与非运算得到G7，对G2、G4、G6进行与非运算得到G8；对G1、G3、G6，G1、G4、G5，G2、G3、G5分别求与，再进行或运算即可得到G9。dq轴的误差运算是将id、iq分别与id*、iq*求差，逆变器有功和无功的瞬时量与dq坐标下的id、iq相关，为保证并网逆变器的功率因素接近1，取id*＝0，iq*可根据实际功率需求设定。
由图2和图3可知，本申请提供的逆变器存在八种开关序列，按照上桥臂第一功率开关管S1、第三功率开关管S3、第五功率开关管S5的导通情况分为4种模态，分别是：一相导通、两相导通、三相导通、均不导通，现结合导通信号和控制策略详细分析四种工作模态。
工作模态1：工作模态1时上桥臂一相导通，G7＝1、G8＝1、G9＝0，此时S7、S8导通，等效为理想导线，第一功率开关管S1、第三功率开关管S3、第五功率开关管S5开关序列有(100,010,001)。开关序列为100时，uAN＝udc，uBN＝0,uCN＝0；开关序列为010时，uAN＝0，uBN＝1,uCN＝0；开关序列为001时，uAN＝0，uBN＝0,uCN＝1；由(1)式可得，ucm＝1/3udc；开关状态为100时等效电路图如图5所示，需要说明的是，图5所示等效电路图中，深线条示为电流通路。
工作模态2：工作模态2时上桥臂两相导通，G7＝0、G8＝1、G9＝1，此时S7关断，视为开路；S8导通，等效为理想导线，第一功率开关管S1、第三功率开关管S3、第五功率开关管S5开关序列有(101,011,110)。开关序列为101时，uAN＝uCN＝3/4udc，uBN＝0；开关序列为011时，uAN＝0,uBN＝uCN＝3/4udc；开关序列为110时，uAN＝uBN＝3/4udc，uCN＝0；由(1)式可得，三种开关状态下共模电压ucm＝1/2udc；开关状态为110时等效电路图如图6所示，需要说明的是，图6所示等效电路图中，深线条示为电流通路。
工作模态3：工作模态3时上桥臂三相导通，由图2可知，G7＝0、G8＝1，G9＝0，S7导通，等效为理想导线，第一功率开关管S1、第三功率开关管S3、第五功率开关管S5开关序列为111。此时电路拓扑中二极管D71、D72、D73并联后与二极管D2、D4、D6并联支路相串联，逆变器输出点在串联电路的中点，拓扑中二极管参数一致，故逆变器输出电压为uAN＝uBN＝uCN＝1/2udc；等效电路图如图7所示，需要说明的是，图7所示等效电路图中，深线条示为电流通路。
工作模态4：工作模态4时上桥臂三相均不导通，由图2可知，G7＝1、G8＝0，G9＝0,S8导通，等效为理想导线，第一功率开关管S1、第三功率开关管S3、第五功率开关管S5开关序列为000。此时电路拓扑中二极管D1、D3、D5并联后与D81、D82、D83并联支路相串联，逆变器输出点在串联电路的中点，拓扑中二极管参数一致，故逆变器输出电压为uAN＝uBN＝uCN＝1/2udc；等效电路图如图8所示，需要说明的是，图8所示等效电路图中，深线条示为电流通路。
为验证理论分析的正确性，搭建仿真模型并得到三相并网电压以及电流波形如图4所示，说明本发明申请能达到通过逆变器将直流电转为与电网电压同频同相的三相正弦交流电流。
现对本申请可有效降低系统共模电压幅值变化和减少切换频率，有效抑制漏电流的原理进行说明：
图9所示是逆变器漏电流模型，由漏电流(iLeakage)受三个高频脉冲直流源和三个互差120°的交流源影响，漏电漏成分较为复杂，其中，La＝Lb＝Lc，Ra＝Rb＝Rc，交流电网为三相对称的理想电网。采用叠加定理分析漏电流简化模型，当分析某一激励源作用时，其余激励源视为理想导线。可分别得到高频直流源和交流源作用于杂散电容上的电压。
Figure BDA0002590471190000111
Figure BDA0002590471190000112
式中，ωE表示电网角频率，ω表示开关角频率。
我国电网频率为50Hz，相比于开关频率的20～40kHz，电网信号属于低频激励，其产生的漏电流可忽略不计。
漏电流是共模电压作用在PV板与地(设备外壳)之间的杂散电容上产生的，漏电流过大的情况下，不仅导致并网电流畸变、增加并网电流总谐波失真，还会引发电磁干扰问题、甚至危及设备及人员安全。漏电流与共模电压的关系为：
Figure BDA0002590471190000121
结合模态分析与共模电压可以得到在不同模态与开关序列下共模电压值如表1所示：
表一 不同模态下共模电压
Figure BDA0002590471190000122
由表1可知，本申请所提逆变器仅在工作模态1即第一功率开关管S1、第三功率开关管S3、第五功率开关管S5开关状态为(100 001 010)时，输出共模电压为1/3udc，其他三种工作模态(五类开关状态)下，逆变器输出共模电压均为1/2udc。整个系统共模电压仅在两个状态间切换，且变化幅度小，从而使得共模漏电流受到一定的抑制。
为验证本发明申请改进拓扑的有效性，在MATLAB/Simulink环境下搭建了仿真模型，仿真中对所提模型的共模电压、寄生电容两端电压、系统漏电流等进行详细分析。单晶硅光伏板与地之间杂散电容约为60～110nF/kWp，仿真模型并网电流幅值为10A，功率约600W，取CPV为100nF；f为电网频率，fs为开关频率，E为单相电压幅值。仿真参数如表2所示。
表2仿真电路参数
参数 数值 参数 数值
udc/V 400 R/Ω 1
E/V 110 CPV/nF 100
f/Hz 50 Cdc1/uF 1020
fs/kHz 20 Cdc2/uF 340
L/mH 5 R1/KΩ 10
结合前文分析，表2中L值表示拓扑中滤波电感La、Lb、Lc，且La＝Lb＝Lc；R表示拓扑中滤波电阻Ra、Rb、Rc，且Ra＝Rb＝Rc；Cdc1和Cdc2为直流侧稳压和钳位电容，根据串联电容分压关系和连接中点输出电压为直流输入电压的3/4选取，Cdc1:Cdc2＝3:1；图4为仿真得到的三相并网电压和电流波形，图10为并网逆变器共模电压ucm的波形，图11为寄生电容两端电压uG的波形，图12为并网逆变器漏电流的波形。
如图4所示，并网电压幅值为110V，三相互差120°，是标准的三相电网电压信号；并网电流幅值10A，相位、频率与并网电压接近，故系统的功率因素较高。如图10所示，直流钳位低漏电流非隔离三相并网逆变器的共模电压在200V和133.3V之间切换，仿真中直流输入udc取400V，系统共模电压在1/2和1/3倍udc两个状态间，变化幅值和切换频率较小，根据(5)式可得，共模漏电流受到一定的抑制。
图11所示是直流钳位低漏电流非隔离三相并网逆变器寄生电容两端的电压，图12所示是并网逆变器的漏电流波形。观察图12可知，系统漏电流峰值在130mA，有效值(均方根值)为24.6mA,满足低压并网指令VDE0126-1-1-2006峰值不高于300mA，有效值不超过30mA的要求，对并网电流进行FFT(fast Fourier transform)分析，并网电流THD(TotalHarmonic Distortion)仅为0.14％，满足Std.929-2000标准对于并网总谐波失真的要求。
本申请实施例提供的一种直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器，通过在第八功率开关管S8和第七功率开关管S7并联两个参数相同的二极管，使逆变器在开关序列为(000、111)时，三相共模电压为1/2udc；通过第一直流侧电容Cdc1和第二直流侧电容Cdc2将其连接中点电压稳定在3/4udc，并在开关序列在(101、110、011)时接入逆变器，使得三相共模电压为1/2udc，从而有效降低三相逆变器共模电压的幅值变化和频率切换，降低了漏电流，从而将漏电流限制在安全范围内。
本申请实施例还提供一种并网系统，所述并网系统包括上述意实施例所描述的直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器，此处不做赘述，具体请参考上述实施例。需要说明的是，本申请实施例提供的并网系统同样具有上述基于直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器的效果。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器，其特征在于,包括：直流电源、三相逆变桥、滤波电路、交流电网和钳位电路，所述滤波电路分别与所述三相逆变桥和所述交流电网相连；
所述钳位电路包括第九功率开关管以及与所述第九功率开关管并联的阻抗电阻；第一直流侧电容负极和第二直流侧电容，所述第一直流侧电容负极和所述第二直流侧电容正极分别与所述第九功率开关管漏极相连，所述第一直流侧电容正极和所述第二直流侧电容负极与第七功率开关管漏极和第八功率开关管源极连接；所述第八功率开关管以及与所述第八功率开关管反并联的二极管D81，所述第七功率开关管以及与所述第七功率开关管反并联的二极管D71，所述第八功率开关管源极和漏极分别与所述直流电源负值和所述三相逆变桥相连，所述第七功率开关管漏极和源极分别与所述直流电源正极和所述三相逆变桥相连，所述第九功率开关管源极还与第七功率开关管源极连接；
所述钳位电路还包括二极管D82、二极管D83、二极管D72和二极管D73，所述二极管D82和所述二极管D83的正极分别连接在所述第八功率开关管源极，所述二极管D82和所述二极管D83的负极分别连接所述第八功率开关管漏极；所述二极管D72和所述二极管D73的正极分别连接在所述第七功率开关管源极，所述二极管D72和所述二极管D73的负极分别连接在所述第七功率开关管漏极；
所述三相逆变桥包括第一功率开关管、第二功率开关管和第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管和第六功率开关管，以及分别与所述第一功率开关管、所述第二功率开关管和所述第三功率开关管、所述第四功率开关管、所述第五功率开关管和所述第六功率开关管反并联的二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6；所述第一功率开关管的源极与所述第二功率开关管的漏极连接，所述第三功率开关管的源极与所述第四功率开关管的漏极连接，所述第五功率开关管的源极与所述第六功率开关管的漏极连接；
在第一工作模态，所述第七功率开关管、所述第八功率开关管导通，所述第一功率开关管、所述第三功率开关管、所述第五功率开关管的开关序列有(100,010,001)；
在第二工作模态，所述第七功率开关管关断，所述第八功率开关管导通，所述第一功率开关管、所述第三功率开关管、所述第五功率开关管的开关序列有(101,011,110)；
在第三工作模态，所述第七功率开关管导通，所述第一功率开关管、所述第三功率开关管、所述第五功率开关管的开关序列为111，所述二极管D71、所述二极管D72、所述二极管D73并联后与所述二极管D2、所述二极管D4、所述二极管D6并联支路相串联；
在第四工作模态, 所述第八功率开关管导通，所述第一功率开关管、所述第三功率开关管、所述第五功率开关管的开关序列为000，所述二极管D1、所述二极管D3、所述二极管D5并联后与所述二极管D81、所述二极管D82、所述二极管D83并联支路相串联。
2.根据权利要求1所述的并网逆变器，其特征在于，所述滤波电路包括A相滤波电感La，B相滤波电感Lb，C相滤波电感Lc，A相滤波电阻Ra，B相滤波电阻Rb，C相滤波电阻Rc；
所述A相滤波电感La与所述A相滤波电阻Ra连接后与交流电网Ea连接，所述B相滤波电感Lb与所述B相滤波电阻Rb连接后与交流电网Eb连接，所述C相滤波电感Lc与所述C相滤波电阻Rc连接后与交流电网Ec连接。
3.根据权利要求2所述的并网逆变器，其特征在于，所述二极管D1、所述二极管D2、所述二极管D3、所述二极管D4、所述二极管D5、所述二极管D6、所述二极管D71、所述二极管D72、所述二极管D73、所述二极管D81、所述二极管D82和所述二极管D83均为快速恢复二极管。
4.根据权利要求3所述的并网逆变器，其特征在于，所述第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管、第六功率开关管、第七功率开关管、第八功率开关管和第九功率开关管均为金氧半场效晶体管。
5.根据权利要求4所述的并网逆变器，其特征在于，所述A相滤波电感La、所述B相滤波电感Lb和所述C相滤波电感Lc分别对应的电感值相等；
所述A相滤波电阻Ra、所述B相滤波电阻Rb和所述C相滤波电阻Rc分别对应的阻值相等。
6.根据权利要求5所述的并网逆变器，其特征在于，所述直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器还包括杂散电容CPV，所述杂散电容CPV分别与所述直流电源udc的负极和所述交流电网Ea、所述交流电网Eb和交流电网Ec的连接点连接。
7.根据权利要求6所述的并网逆变器，其特征在于，所述二极管D82、所述二极管D83、所述二极管D72和所述二极管D73分别对应的参数相同。
8.根据权利要求1所述的并网逆变器，其特征在于，所述交流电网包括A相交流电网、B相交流电网、C相交流电网，所述A相交流电网、所述B相交流电网和所述C相交流电网呈星型连接。
9.一种并网系统，其特征在于，所述并网系统包括权利要求1-8任意一项所述的直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器。
CN202010694445.XA 2020-07-17 2020-07-17 直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器及并网系统 Active CN111697865B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010694445.XA CN111697865B (zh) 2020-07-17 2020-07-17 直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器及并网系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010694445.XA CN111697865B (zh) 2020-07-17 2020-07-17 直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器及并网系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111697865A CN111697865A (zh) 2020-09-22
CN111697865B true CN111697865B (zh) 2022-06-21

Family

ID=72486198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010694445.XA Active CN111697865B (zh) 2020-07-17 2020-07-17 直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器及并网系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111697865B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2381570A1 (en) * 2010-04-20 2011-10-26 DET International Holding Limited Resonant capacitor clamping circuit in resonant converter
CN104065286A (zh) * 2014-04-01 2014-09-24 燕山大学 一种三相无变压器型光伏逆变器及控制方法
CN106411171A (zh) * 2016-10-14 2017-02-15 江苏大学 一种有源钳位的无变压器型低漏电流光伏并网逆变电路及其调制方法
CN106877716A (zh) * 2017-03-15 2017-06-20 南京邮电大学 一种带续流开关的箝位型三相非隔离光伏逆变器
CN108390584A (zh) * 2018-02-12 2018-08-10 南京邮电大学 一种十开关箝位型三相非隔离光伏逆变器的控制方法
CN110460259A (zh) * 2019-07-25 2019-11-15 南京邮电大学 一种十开关交错箝位三相光伏逆变器拓扑结构

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2381570A1 (en) * 2010-04-20 2011-10-26 DET International Holding Limited Resonant capacitor clamping circuit in resonant converter
CN104065286A (zh) * 2014-04-01 2014-09-24 燕山大学 一种三相无变压器型光伏逆变器及控制方法
CN106411171A (zh) * 2016-10-14 2017-02-15 江苏大学 一种有源钳位的无变压器型低漏电流光伏并网逆变电路及其调制方法
CN106877716A (zh) * 2017-03-15 2017-06-20 南京邮电大学 一种带续流开关的箝位型三相非隔离光伏逆变器
CN108390584A (zh) * 2018-02-12 2018-08-10 南京邮电大学 一种十开关箝位型三相非隔离光伏逆变器的控制方法
CN110460259A (zh) * 2019-07-25 2019-11-15 南京邮电大学 一种十开关交错箝位三相光伏逆变器拓扑结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN111697865A (zh) 2020-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111030152B (zh) 一种储能变流器系统及其控制方法
Huang et al. Step by step design of a high order power filter for three-phase three-wire grid-connected inverter in renewable energy system
CN110943469B (zh) 一种单级式储能变流器及其控制方法
CN106208737B (zh) 基于三次谐波注入矩阵变换器的模型预测电流控制方法
CN108599609B (zh) 一种基于三模块级联h桥的改进载波移相调制方法
TW201338378A (zh) 風力發電系統及其功率電路和變流器結構
CN107086600A (zh) 一种太阳能光伏发电三相全桥并网逆变系统
Liu et al. Admittance modeling, analysis, and reshaping of harmonic control loop for multiparalleled SAPFs system
Hu et al. Enhanced HERIC based transformerless inverter with hybrid clamping cell for leakage current elimination
CN104601001A (zh) 用于风力发电机组的电流变换装置及变流系统
CN102437753A (zh) 一种lcl滤波的三相pwm整流器三环控制方法
Xie et al. Stability and resonance analysis and improved design of N-paralleled grid-connected PV inverters coupled due to grid impedance
CN103219911B (zh) 一种基于无差拍控制方法的离网逆变器及其工作方法
CN203103983U (zh) 基于3d-spwm的混合箝位式三电平三相四线制光伏系统
CN107026475A (zh) 一种太阳能分布式发电系统入网控制方法
CN111697865B (zh) 直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器及并网系统
CN111697866B (zh) 基于辅助电源低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器及系统
CN107147319B (zh) 非隔离光伏并网逆变器、光伏并网发电系统及控制方法
CN111682793B (zh) 一种低漏电流改进h8型非隔离三相并网逆变器
CN113489363B (zh) 一种双向h6光伏并网变换器及其调制方法
Zhu et al. A novel multi-function PV micro-inverter with an optimized harmonic compensation strategy
CN112821791A (zh) 一种直流降半压四象限整流器
Sun et al. Three single-phase control of NPC three-level photovoltaic grid-connected inverter based on Quasi-PR control
CN110912130A (zh) 一种双交流母线并网变换器的电路结构及其谐波补偿方法
Ma et al. Analysis of Harmonic Characteristics of Inverters and Rectifiers

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant