CN105871239B - 一种抑制级联多电平逆变器漏电流的方法及逆变器 - Google Patents

一种抑制级联多电平逆变器漏电流的方法及逆变器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种抑制级联多电平逆变器漏电流的方法，该方法尤其适用于偶数个H桥模块级联的系统，且对奇数个H桥模块级联的系统也有一定的抑制作用。通过控制每个H桥模块开关的动作，使所有寄生电容电压之和为恒定值。由电容电压与电流的关系可知，理论上漏电流应为0，从而有效地抑制漏电流，满足并网发电标准。

Description

一种抑制级联多电平逆变器漏电流的方法及逆变器
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种抑制级联多电平逆变器漏电流的方法及逆变器。
背景技术
随着能源的不断减少，光伏发电技术得到了快速的发展。目前，非隔离的光伏并网发电系统中，光伏阵列和电网之间存在着直接的电气连接，即没有电气隔离。使得太阳能电池和接地外壳直接存在对地的寄生电容，而这一电容会与逆变器输出滤波元件以及电网阻抗组成共模谐振回路。在逆变器高频开关的作用下，寄生电容会产生漏电流，该漏电流会影响光伏发电系统的效率以及产生电磁干扰。
级联H桥逆变器作为非隔离型逆变器的一种，如图1所示，其漏电流有效值随着模块数量的增加而增大，当漏电流较大时(大于300mA)，逆变器会与电网断开。
可见，如何减小非隔离逆变器的漏电流为当前亟待解决的一个问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种抑制级联多电平逆变器漏电流的方法，能够使所述逆变单元的寄生电容的电压之和为固定值，减小漏电流。
为实现上述目的，本发明提供了一种抑制级联多电平逆变器漏电流的方法，应用于至少一个逆变单元，每个所述逆变单元包括两个级联的H桥模块，
通过控制每个所述H桥模块中的开关动作，使所述逆变单元的寄生电容的电压之和为固定值。
优选的，所述控制每个所述H桥模块中的开关动作包括：
获取开关组合，使所述逆变单元的寄生电容的电压之和为所述H桥模块的直流电压vdc，所述开关组合为：
第一开关组合：1010-1110-1100-0011-0001-0101；
第二开关组合：1010-1000-1100-0011-0001-0101；
第三开关组合：1010-1110-1100-0011-0111-0101；
第四开关组合：1010-1000-1100-0011-0001-0101；
控制所述H桥模块按照所述开关组合进行开关动作。
优选的，每个所述逆变单元中的两个所述H桥模块采用相位相同的载波层叠调制。
优选的，所述逆变单元为偶数个，
两个所述逆变单元为一个逆变小组，每个所述逆变小组中一个所述逆变单元的一个所述H桥模块与另一个所述逆变单元的一个所述H桥模块共用第一开关信号，另一个所述H桥模块与另一个所述逆变单元的另一个所述H桥模块共用第二开关信号。
优选的，不同逆变小组之间采用载波移相调制，以调高电平数和等效开关频率。
优选的，所述逆变单元为奇数个，
两个所述逆变单元为一个逆变小组，每个所述逆变小组中一个所述逆变单元的一个所述H桥模块与另一个所述逆变单元的一个所述H桥模块共用第三开关信号，另一个所述H桥模块与另一个所述逆变单元的另一个所述H桥模块共用第四开关信号；
另一个所述逆变单元为另一个逆变小组，且不同逆变小组之间采用载波移相调制。
一种级联多电平逆变器，包括至少一个逆变单元，每个所述逆变单元包括两个级联的H桥模块，
所述逆变器通过控制每个所述H桥模块中的开关动作，使所述逆变单元的寄生电容的电压之和为固定值。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种抑制级联多电平逆变器漏电流的方法，该方法尤其适用于偶数个H桥模块级联的系统，且对奇数个H桥模块级联的系统也有一定的抑制作用。通过控制每个H桥模块开关的动作，使所有寄生电容电压之和为恒定值。由电容电压与电流的关系可知，理论上漏电流应为0，从而有效地抑制漏电流，满足并网发电标准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中级联H桥逆变器的电路原理图；
图2为级联H桥逆变器的共模等效电路图；
图3为本发明实施例一公开的一种级联多电平逆变器的结构示意图；
图4为本发明实施例一公开的寄生电容电压的计算公式示意图；
图5为本发明实施例一公开的又一种寄生电容电压的计算公式示意图；
图6为采用本发明提供的又一种抑制级联多电平逆变器漏电流的方法分配的模块示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例一提供了一种抑制级联多电平逆变器漏电流的方法，应用于至少一个逆变单元，每个所述逆变单元包括两个级联的H桥模块，通过控制每个所述H桥模块中的开关动作，使所述逆变单元的寄生电容的电压之和为固定值。
发明人在研发本方案的过程中发现，电网漏电流即为各个寄生电容电流之和，假定各个模块的寄生电容相等，则光伏板与电网之间的漏电流与电容电压之和的变化率成正比。
请参阅图2，图2为级联H桥逆变器的共模等效电路图，根据基尔霍夫电压电流定律，得到各个寄生电容上共模电压的表达式如下：
从方程组的根可以看出，寄生电容上电压值为本模块的共模成分、其他模块的差模成分的二分之一以及电网电压的一半之和，其中本模块上面的模块差模成分符号为正，本模块下面的模块差模成分符号为负。
从上述方程式可知，每个寄生电容的共模电压包含高频PWM信号和电网工频信号。考虑到工频分量对漏电流的影响不大，可以忽略。所以如果能够保证各个寄生电容电压中高频电压(PWM电压)之和保持不变，就能够很好的抑制电网漏电流。即抑制漏电流就是要维持寄生电容电压之和恒定。
结合表1，表1为两个模块的开关时序下输出电压与共模电压的关系，如下：
表1
从上表可以可知，某些电平(如±Vdc，0)开关有冗余状态量，调整开关组合的状态，就能使得Vcpv1+Vcpv2(即)恒定，从而减小系统漏电流。
在本实施中，还可以获取开关组合，以使所述逆变单元的寄生电容的电压之和为所述H桥模块的直流电压vdc，所述开关组合为：
第一开关组合：1010-1110-1100-0011-0001-0101；
第二开关组合：1010-1000-1100-0011-0001-0101；
第三开关组合：1010-1110-1100-0011-0111-0101；
第四开关组合：1010-1000-1100-0011-0001-0101；
之后，控制所述H桥模块按照所述开关组合进行开关动作。使所述逆变单元的寄生电容的电压之和为固定值。
具体的，本实施例中，每个所述逆变单元中的两个所述H桥模块采用改进的相位相同的载波层叠调制(即MPD调制)。
优选的，所述逆变单元为偶数个，其中，两个所述逆变单元为一个逆变小组，每个所述逆变小组中一个所述逆变单元的一个所述H桥模块与另一个所述逆变单元的一个所述H桥模块共用第一开关信号，另一个所述H桥模块与另一个所述逆变单元的另一个所述H桥模块共用第二开关信号。
在此基础上，不同逆变小组之间采用载波移相调制，且每两个逆变小组的载波相位相反以调高电平数和等效开关频率。
现结合图3，图3为八个模块的组合框图，进行分析如下：
两个模块组成一个逆变单元，如模块1和模块2为逆变单元1，模块3和模块4为逆变单元2，模块5和模块6为逆变单元3，模块7和模块8为逆变单元4。
其中，每个逆变单元采用相位相同的载波层叠调制，这样可以保证寄生电容的电压之和为固定值，即图4中方框的部分为定值。
两个单元组成一个小组，以小组1为例，模块1和8共用开关信号，模块2和7共用开关信号，可以保证产生的差模信号对应相等，如图4所示，方框1和方框2内的值相等，方框3和方框4内的值相等，这样各个寄生电容电压之和中两者可以相互抵消。
而，小组与小组之间采用PS调制，采用该调制方式，能够提高等效开关频率，同时增加电平数。
除此，本实施例还进一步验证了逆变单元为奇数个时的调制效果，需要说明的是，当逆变单元的个数为奇数时，两个所述逆变单元为一个逆变小组，每个所述逆变小组中一个所述逆变单元的一个所述H桥模块与另一个所述逆变单元的一个所述H桥模块共用第三开关信号，另一个所述H桥模块与另一个所述逆变单元的另一个所述H桥模块共用第四开关信号；另一个所述逆变单元为另一个逆变小组，且不同逆变小组之间采用载波移相调制。
具体的，以6个模块为例，进行说明：
请参阅图5和图6，六个模块和八个模块的处理方法类似，均是将两个模块作为一个单元进行调制，保证图5中的方框部分为固定值。另外，两个逆变单元为一组，模块1和模块6共用开关信号，模块2和5共用开关信号，可以保证产生的差模信号对应相等，即图5中方框1和方框2内的值相等，方框3和方框4内的值相等，这样各个寄生电容电压之和中两者可以相互抵消。
与八个模块分组不同的是，六个模块需要将模块3和模块4独立成组，如图6所示，并且与组与组之间采用PS调制，提高等效开关频率，同时增加电平数。
可见，本发明提供的抑制级联多电平逆变器漏电流的方法适用于模块数为2n的级联逆变器。
综上所述，本发明提供了一种抑制级联多电平逆变器漏电流的方法，该方法尤其适用于偶数个H桥模块级联的系统，且对奇数个H桥模块级联的系统也有一定的抑制作用。通过控制每个H桥模块开关的动作，使所有寄生电容电压之和为恒定值。由电容电压与电流的关系可知，理论上漏电流应为0，从而有效地抑制漏电流，满足并网发电标准。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
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 (5)

1.一种抑制级联多电平逆变器漏电流的方法，其特征在于，应用于偶数个逆变单元，每个所述逆变单元包括两个级联的H桥模块，
通过控制每个所述H桥模块中的开关动作，使所述逆变单元的寄生电容的电压之和为固定值；
其中，两个所述逆变单元为一个逆变小组，每个所述逆变小组中一个所述逆变单元的一个所述H桥模块与另一个所述逆变单元的一个所述H桥模块共用第一开关信号，每个所述逆变小组中另一个所述H桥模块与另一个所述逆变单元的另一个所述H桥模块共用第二开关信号。
2.根据权利要求1所述的抑制级联多电平逆变器漏电流的方法，其特征在于，所述控制每个所述H桥模块中的开关动作包括：
获取开关组合，使所述逆变单元的寄生电容的电压之和为所述H桥模块的直流电压vdc，所述开关组合为：
第一开关组合：1010-1110-1100-0011-0001-0101；
第二开关组合：1010-1000-1100-0011-0001-0101；
第三开关组合：1010-1110-1100-0011-0111-0101；
控制所述H桥模块按照所述开关组合进行开关动作，其中，1表征所述H桥模块中开关管导通，0表征所述H桥模块中开关管关断，1010表征H桥模块中具有四个开关管，第一开关管导通、第二开关管关断、第三开关管导通、第四开关管关断，1110表征H桥模块中具有四个开关管，第一开关管导通、第二开关管导通、第三开关管导通、第四开关管关断，1100表征H桥模块中具有四个开关管，第一开关管导通、第二开关管导通、第三开关管关断、第四开关管关断，0011表征H桥模块中具有四个开关管，第一开关管关断、第二开关管关断、第三开关管导通、第四开关管导通，0001表征H桥模块中具有四个开关管，第一开关管关断、第二开关管关断、第三开关管关断、第四开关管导通，0101表征H桥模块中具有四个开关管，第一开关管关断、第二开关管导通、第三开关管关断、第四开关管导通，1000表征H桥模块中具有四个开关管，第一开关管导通、第二开关管关断、第三开关管关断、第四开关管关断，0111表征H桥模块中具有四个开关管，第一开关管关断、第二开关管导通、第三开关管导通、第四开关管导通。
3.根据权利要求2所述的抑制级联多电平逆变器漏电流的方法，其特征在于，
每个所述逆变单元中的两个所述H桥模块采用相位相同的载波层叠调制。
4.根据权利要求1所述的抑制级联多电平逆变器漏电流的方法，其特征在于，
不同逆变小组之间采用载波移相调制，以调高电平数和等效开关频率。
5.一种抑制级联多电平逆变器漏电流的方法，其特征在于，应用于三个以上的奇数个逆变单元，每个所述逆变单元包括两个级联的H桥模块，
通过控制每个所述H桥模块中的开关动作，使所述逆变单元的寄生电容的电压之和为固定值；
其中，两个所述逆变单元为一个逆变小组，每个所述逆变小组中一个所述逆变单元的一个所述H桥模块与另一个所述逆变单元的一个所述H桥模块共用第三开关信号，每个所述逆变小组中另一个所述H桥模块与另一个所述逆变单元的另一个所述H桥模块共用第四开关信号；
不在所述逆变小组内的所述逆变单元为另一个逆变小组，且不同逆变小组之间采用载波移相调制。
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