一種非隔離三相光伏并網(wǎng)逆變器及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非隔離三相光伏并網(wǎng)逆變器及其控制方法，該逆變器由十個開關管、六個二極管和九個電感組成。本發(fā)明提出的非隔離三相光伏并網(wǎng)逆變器及其控制方法有益效果是克服了傳統(tǒng)三相非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器橋臂直通和開關死區(qū)帶來的問題，同時解決了逆變器共模電壓波動的問題，使光伏并網(wǎng)逆變器漏電流得到有效抑制。
【專利說明】—種非隔離三相光伏并網(wǎng)逆變器及控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非隔離三相光伏并網(wǎng)逆變器及其控制方法。
【背景技術】
[0002]為解決能源危機、防治環(huán)境污染，太陽能作為清潔能源之一受到了世界各國的共同關注，光伏發(fā)電技術是實現(xiàn)太陽能有效利用的重要途徑。光伏發(fā)電系統(tǒng)一般采用逆變器作為輸出接口連接電網(wǎng)，傳統(tǒng)光伏逆變器系統(tǒng)采用隔離型拓撲結構，通過工頻變壓器或高頻變壓器來實現(xiàn)電壓調整和電氣隔離。然而，工頻隔離變壓器存在重量大、體積大，價格昂貴等缺陷，而高頻變壓器雖然減小了體積和重量，但整個電路結構比較復雜，導致系統(tǒng)整機效率較低。因此，無變壓器的非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器成為研究熱點，去掉隔離變壓器，可減小光伏逆變器系統(tǒng)的體積和重量，降低成本，并可使系統(tǒng)整體效率得到一定改善。但去掉變壓器之后，光伏電池陣列對地寄生電容與直流母線、逆變器、電網(wǎng)、大地構成一個共?；芈罚孀兤鞯母哳l開關動作會導致該寄生電容上的電壓發(fā)生高頻跳變。該電壓被稱為共模電壓，共模電壓的高頻變化會引發(fā)寄生電容頻繁的充放電，從而形成共模電流，也稱之為漏電流，該漏電流的存在會增加逆變器輸出電流諧波含量，增大電磁干擾，從而降低電能質量，引發(fā)電網(wǎng)畸變，造成不必要的功率損失等。如果人體位于這一共?；芈分?，漏電流還會對人身安全構成威脅，因此有必要采取措施抑制漏電流。
[0003]巴西學者Cavalcanti 等人 2010 年在 IEEE Transact1ns on IndustrialElectronics 發(fā)表文章((Modulat1n techniques to eliminate leakage currents intransformerless three-phase photovoltaic systems》，該文章指出傳統(tǒng)三相并網(wǎng)逆變器拓撲和調制方法將導致系統(tǒng)出現(xiàn)較大的漏電流，并提出一種空間矢量調制方法，采用特定3個非零矢量合成參考矢量以保證系統(tǒng)共模電壓恒定，從而達到抑制系統(tǒng)漏電流的目的。但該方法直流電壓利用率很低，開關管的電壓應力較高。Vazquez等人在ISIE2010國際會議發(fā)表文章《A photovoltaic three-phase topology to reduce common mode Voltage》，該文章提出通過安裝輔助開關的方式來減小共模電壓，但該電路只能減小共模電壓，無法實現(xiàn)共模電壓恒定°文獻《Eliminating Leakage Currents in Neutral Point Clamped Invertersfor Photovoltaic Systems》提出一種三相二極管鉗位多電平光伏并網(wǎng)逆變器空間矢量調制方法，可以實現(xiàn)系統(tǒng)共模電壓恒定，但其空間矢量調制方法較為復雜，同時該電路存在橋臂直通的問題，開關必須加入死區(qū)，而死區(qū)的存在將引發(fā)并網(wǎng)電流畸變，影響光伏逆變器并網(wǎng)效率和電能質量。
【發(fā)明內容】
[0004]為了解決上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效抑制高頻共模電壓和漏電流的非隔離三相光伏并網(wǎng)逆變器及其控制方法。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的目的之一是采用如下技術方案:
[0006]一種非隔離三相光伏并網(wǎng)逆變器，由十個開關管、六個二極管和九個電感組成，直流母線的P1端與第七開關S7的集電極連接，直流母線的N1端與第八開關S8的發(fā)射極連接，第八開關S8的集電極分別與第二開關S2、第四開關S4、第六開關S6的發(fā)射極和第一二級管D1、第三二極管D3、第五二極管D5的陽極連接，直流母線的P2端與第九開關S9的集電極連接，第九開關S9的發(fā)射極與第七開關S7的發(fā)射極連接，直流母線的N2端與第十開關Sltl的發(fā)射極連接，第十開關Sltl的集電極與第八開關S8的集電極連接，第七開關S7的發(fā)射極分別與第一開關S1、第三開關S3、第五開關S5的集電極和第二二極管D2、第四二極管D4、第六二極管D6的陰極連接，第一開關S1的發(fā)射極與第一二級管D1的陰極連接，同時經(jīng)過第一電感L1和第七電感La與電網(wǎng)連接；第二開關S2的集電極與第二二極管D2的陽極連接，同時經(jīng)過第二電感L2和第七電感La與電網(wǎng)連接；第三開關S3的發(fā)射極與第三二極管D3的陰極連接，同時經(jīng)過第三電感L3和第八電感Lb與電網(wǎng)連接；第四開關S4的集電極與第四二極管D4的陽極連接，同時經(jīng)過第四電感L4和第八電感Lb與電網(wǎng)連接；第五開關S5的發(fā)射極與第五二極管D5的陰極連接，同時經(jīng)過第五電感L5和第九電感L。與電網(wǎng)連接；第六開關S6的集電極與第六二極管D6的陽極連接，同時經(jīng)過第六電感L6和第九電感L。與電網(wǎng)連接。
[0007]本發(fā)明的另一目的是提供一種非隔離三相光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法，其內容包括下列步驟:
[0008](I)首先，三相非隔離光伏逆變器三相調制波va、vb, Vc分別與載波通過比較器比較后得到邏輯信號Sa、sb、s。；
[0009](2)將三相電網(wǎng)電壓信號ua、ub、u。分別進行過零比較得到邏輯信號xa、xb、xc ；
[0010](3)將邏輯信號xa和邏輯信號Sa通過與門得到開關邏輯信號S1，將邏輯信號xa通過非門得到的邏輯信號和邏輯信號Sa通過非門得到的邏輯信號通過與門得到開關邏輯
信號S2 ；
[0011](4)將邏輯信號xb和邏輯信號Sb通過與門得到開關邏輯信號S3，將邏輯信號xb通過非門得到的邏輯信號和邏輯信號Sb通過非門得到的邏輯信號通過與門得到開關邏輯信號S4 ；
[0012](5)將邏輯信號Xe和邏輯信號S。通過與門得到開關邏輯信號S5，將邏輯信號xc通過非門得到的邏輯信號和邏輯信號S。通過非門得到的邏輯信號通過與門得到開關邏輯信號S6 ；
[0013](6)將邏輯信號Sa和邏輯信號Sb通過異或門得到的邏輯信號再通過非門得到邏輯信號a，將邏輯信號Sb和邏輯信號S。通過異或門得到的邏輯信號再通過非門得到邏輯信號b，將邏輯信號Sa和邏輯信號S。通過異或門得到的邏輯信號再通過非門得到邏輯信號C，再將邏輯信號a、邏輯信號b和邏輯信號c通過三輸入與門得到的邏輯信號再通過非門得到邏輯信號g ;
[0014](7)將邏輯信號Sa和邏輯信號Sb通過與門得到邏輯信號d，將邏輯信號Sb和邏輯信號S。通過與門得到邏輯信號e，將邏輯信號Sa和邏輯信號S。通過與門得到邏輯信號f，再將邏輯信號d、邏輯信號e和邏輯信號f通過三輸入異或門得到邏輯信號h，將邏輯信號h通過非門得到邏輯信號i ;
[0015](8)將邏輯信號g和邏輯信號i通過與門得到開關邏輯信號S7和開關邏輯信號S8，將邏輯信號g和邏輯信號h通過與門得到開關邏輯信號S9和開關邏輯信號s1(l。
[0016]由于采用上述技術方案，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:(I)三相橋臂不存在直通過流問題，可靠性高；(2)系統(tǒng)開關器件無需加入死區(qū)，從根本上消除了死區(qū)引起波形畸變問題；(3)控制方法采用載波調制，開關信號生成電路結構簡單，可采用模擬電路實現(xiàn)，同時可以保證系統(tǒng)共模電壓恒定，使漏電流得到有效抑制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為傳統(tǒng)的光伏并網(wǎng)逆變器的電路原理圖；
[0018]圖2為本發(fā)明的非隔離三相光伏并網(wǎng)逆變器的電路原理圖；
[0019]圖3為本發(fā)明的非隔離三相光伏并網(wǎng)逆變器開關控制方式；
[0020]圖4為本發(fā)明的非隔離三相光伏并網(wǎng)逆變器在開關邏輯信號Sp S2, S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、Sltl分別為1、0、0、1、0、1、1、1、0、0時對應的電路狀態(tài)；
[0021]圖5為本發(fā)明的非隔離三相光伏并網(wǎng)逆變器在開關信號S7、S8、S9、S1(I均為O時對應的直流側電路狀態(tài)；
[0022]圖6為本發(fā)明的非隔離三相光伏并網(wǎng)逆變器在開關邏輯信號Sp S2, S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、Sltl分別為1、0、1、0、0、1、0、0、1、1時對應的電路狀態(tài)。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細具體的說明。
[0024]圖2所示為本發(fā)明的一種非隔離三相光伏并網(wǎng)逆變器，由十個開關管、六個二極管和九個電感組成，直流母線的P1端與第七開關S7的集電極連接，直流母線的N1端與第八開關S8的發(fā)射極連接，第八開關S8的集電極分別與第二開關S2、第四開關S4、第六開關S6的發(fā)射極和第一二級管D1、第三二極管D3、第五二極管D5的陽極連接，直流母線的P2端與第九開關S9的集電極連接，第九開關S9的發(fā)射極與第七開關S7的發(fā)射極連接，直流母線的N2端與第十開關Sltl的發(fā)射極連接，第十開關Sltl的集電極與第八開關S8的集電極連接，第七開關S7的發(fā)射極分別與第一開關S1、第三開關S3、第五開關S5的集電極和第二二極管D2、第四二極管隊、第六二極管D6的陰極連接，第一開關S1的發(fā)射極與第一二級管01的陰極連接，同時經(jīng)過第一電感L1和第七電感La與電網(wǎng)連接；第二開關&的集電極與第二二極管D2的陽極連接，同時經(jīng)過第二電感L2和第七電感La與電網(wǎng)連接；第三開關S3的發(fā)射極與第三二極管D3的陰極連接，同時經(jīng)過第三電感L3和第八電感Lb與電網(wǎng)連接；第四開關&的集電極與第四二極管D4的陽極連接，同時經(jīng)過第四電感L4和第八電感Lb與電網(wǎng)連接；第五開關S5的發(fā)射極與第五二極管D5的陰極連接，同時經(jīng)過第五電感L5和第九電感L。與電網(wǎng)連接；第六開關S6的集電極與第六二極管D6的陽極連接，同時經(jīng)過第六電感L6和第九電感L。與電網(wǎng)連接。通過適當控制，保證并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓同頻同相，實現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)運行。
[0025]圖3所示為本發(fā)明的非隔離三相光伏并網(wǎng)逆變器開關控制方式，本發(fā)明的非隔離三相光伏并網(wǎng)逆變器控制步驟如下:
[0026](I)首先，三相非隔離光伏逆變器三相調制波va、vb, Vc分別與載波通過比較器比較后得到邏輯信號Sa、sb、s。；
[0027](2)將三相電網(wǎng)電壓信號ua、ub、u。分別進行過零比較得到邏輯信號xa、xb、xc ；
[0028](3)將邏輯信號xa和邏輯信號Sa通過與門得到開關邏輯信號S1，將邏輯信號xa通過非門得到的邏輯信號和邏輯信號Sa通過非門得到的邏輯信號通過與門得到開關邏輯信號S2 ；
[0029](4)將邏輯信號xb和邏輯信號Sb通過與門得到開關邏輯信號S3,將邏輯信號xb通過非門得到的邏輯信號和邏輯信號Sb通過非門得到的邏輯信號通過與門得到開關邏輯信號S4 ；
[0030](5)將邏輯信號Xe和邏輯信號S。通過與門得到開關邏輯信號S5，將邏輯信號xc通過非門得到的邏輯信號和邏輯信號S。通過非門得到的邏輯信號通過與門得到開關邏輯信號S6 ；
[0031](6)將邏輯信號Sa和邏輯信號Sb通過異或門得到的邏輯信號再通過非門得到邏輯信號a，將邏輯信號Sb和邏輯信號S。通過異或門得到的邏輯信號再通過非門得到邏輯信號b，將邏輯信號Sa和邏輯信號S。通過異或門得到的邏輯信號再通過非門得到邏輯信號C，再將邏輯信號a和邏輯信號b以及邏輯信號c通過三輸入與門得到的邏輯信號再通過非門得到邏輯信號g ;
[0032](7)將邏輯信號Sa和邏輯信號Sb通過與門得到邏輯信號d，將邏輯信號Sb和邏輯信號S。通過與門得到邏輯信號e，將邏輯信號Sa和邏輯信號S。通過與門得到邏輯信號f，再將邏輯信號d和邏輯信號e以及邏輯信號f通過三輸入異或門得到邏輯信號h，將邏輯信號h通過非門得到邏輯信號i ;
[0033](8)將邏輯信號g和邏輯信號i通過與門得到開關邏輯信號S7和開關邏輯信號S8，將邏輯信號g和邏輯信號h通過與門得到開關邏輯信號S9和開關邏輯信號s1(l。
[0034]表1和表2為本發(fā)明提出的非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器不同開關狀態(tài)與寄生電容上的共模電壓的關系，表1和表2所示的開關狀態(tài)由圖3中本發(fā)明的非隔離三相光伏并網(wǎng)逆變器開關控制方式提出的單載波調制方式實現(xiàn)，可保證圖2中本發(fā)明提出的非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的寄生電容上的共模電壓均保持恒定。例如表1中第二行所示，當邏輯信號xa、xb、xc分別為1、0、0時，邏輯信號Sa、Sb、S。有兩種情況:
[0035]第一種情況:當邏輯信號Sa、Sb、S。分別為1、0、0時，對應的開關邏輯信號S1、S2, S3> S4, S5, S6分別為1、0、0、1、0、1，此時開關邏輯信號S7、S8均為1，開關邏輯信號s9、S10均為0，直流側電源V1連接逆變器，電源V2被切斷，此時的電路狀態(tài)如圖4所
示，可計算得
【權利要求】
1.一種非隔離三相光伏并網(wǎng)逆變器，由十個開關管、六個二極管和九個電感組成，其特征在于:直流母線的P1端與第七開關S7的集電極連接，直流母線的N1端與第八開關S8的發(fā)射極連接，第八開關S8的集電極分別與第二開關S2、第四開關S4、第六開關S6的發(fā)射極和第一二級管D1、第三二極管D3、第五二極管D5的陽極連接，直流母線的P2端與第九開關S9的集電極連接，第九開關S9的發(fā)射極與第七開關S7的發(fā)射極連接，直流母線的N2端與第十開關Sltl的發(fā)射極連接，第十開關Sltl的集電極與第八開關S8的集電極連接，第七開關S7的發(fā)射極分別與第一開關S1、第三開關S3、第五開關S5的集電極和第二二極管D2、第四二極管D4、第六二極管D6的陰極連接，第一開關S1的發(fā)射極與第一二級管D1的陰極連接，同時經(jīng)過第一電感L1和第七電感La與電網(wǎng)連接；第二開關S2的集電極與第二二極管D2的陽極連接，同時經(jīng)過第二電感L2和第七電感La與電網(wǎng)連接；第三開關S3的發(fā)射極與第三二極管D3的陰極連接，同時經(jīng)過第三電感L3和第八電感Lb與電網(wǎng)連接；第四開關S4的集電極與第四二極管D4的陽極連接，同時經(jīng)過第四電感L4和第八電感Lb與電網(wǎng)連接；第五開關S5的發(fā)射極與第五二極管D5的陰極連接，同時經(jīng)過第五電感L5和第九電感L。與電網(wǎng)連接；第六開關S6的集電極與第六二極管D6的陽極連接，同時經(jīng)過第六電感L6和第九電感L。與電網(wǎng)連接。
2.一種基于權利要求1所述非隔離三相光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法，其特征在于:它具體包括下列步驟: (1)首先，非隔離三相光伏逆變器三相調制波va、vb,V。分別與載波通過比較器比較后得到邏輯信號Sa、Sb、S。； (2)將三相電網(wǎng)電壓信號ua、ub、u。分別進行過零比較得到邏輯信號xa、xb、xc； (3)將邏輯信號xa和邏輯信號Sa通過與門得到開關邏輯信號S1,將邏輯信號xa通過非門得到的邏輯信號和邏輯信號Sa通過非門得到的邏輯信號通過與門得到開關邏輯信號S2; (4)將邏輯信號xb和邏輯信號Sb通過與門得到開關邏輯信號S3，將邏輯信號xb通過非門得到的邏輯信號和邏輯信號Sb通過非門得到的邏輯信號通過與門得到開關邏輯信號S4 ； (5)將邏輯信號Xe和邏輯信號S。通過與門得到開關邏輯信號S5，將邏輯信號Xe通過非門得到的邏輯信號和邏輯信號S。通過非門得到的邏輯信號通過與門得到開關邏輯信號S6; (6)將邏輯信號Sa和邏輯信號Sb通過異或門得到的邏輯信號再通過非門得到邏輯信號a，將邏輯信號Sb和邏輯信號S。通過異或門得到的邏輯信號再通過非門得到邏輯信號b，將邏輯信號Sa和邏輯信號S。通過異或門得到的邏輯信號再通過非門得到邏輯信號C，再將邏輯信號a、邏輯信號b和邏輯信號c通過三輸入與門得到的邏輯信號再通過非門得到邏輯信號g ; (7)將邏輯信號Sa和邏輯信號Sb通過與門得到邏輯信號d，將邏輯信號Sb和邏輯信號S。通過與門得到邏輯信號e，將邏輯信號Sa和邏輯信號S。通過與門得到邏輯信號f，再將邏輯信號d、邏輯信號e和邏輯信號f通過三輸入異或門得到邏輯信號h，將邏輯信號h通過非門得到邏輯信號i ; (8)將邏輯信號g和邏輯信號i通過與門得到開關邏輯信號S7和開關邏輯信號S8，將邏輯信號g和邏輯信號h通過與門得到開關邏輯信號S9和開關邏輯信號S1(l。
【文檔編號】H02J3/38GK104038094SQ201410131316
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權日:2014年4月1日
【發(fā)明者】郭小強, 魏寶澤 申請人:燕山大學