CN107492905B - 一种交流共模电压调节装置及应用该装置的光伏系统 - Google Patents

一种交流共模电压调节装置及应用该装置的光伏系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种交流共模电压调节装置及应用该装置的光伏系统，所述交流共模电压调节装置在光伏逆变器的交流输出侧接入有源钳位装置，所述有源钳位装置通过变换生成悬浮母线电压，所述悬浮母线电压与大地连接，通过有源钳位装置控制，使悬浮母线电压与交流侧共模电压形成固定的比例关系，这样有源钳位装置调节悬浮母线电压即可实现对交流输出侧共模电压的调节，进而调节了光伏组件负极对地电压，最终达到了抑制PID效应的目的。与传统解决PID效应的方式相比，本发明不仅对PID效应的抑制效果好，而且结构简单，损耗小，利于节能减排。

Description

一种交流共模电压调节装置及应用该装置的光伏系统
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种交流共模电压调节装置及应用该装置的光伏系统。
背景技术
众所周知，光伏系统中组件电势诱导衰减(PID效应)会导致组件特性发生衰减，影响使用寿命。目前业界解决PID效应的方式是在交流侧使用无源器件组成中性点装置，在中性点装置与大地之间施加直流电压，改变直流侧对地电压来改善PID效应。但是，上述方法中性点装置由全功率无源器件组成，存在很大损耗，不利于节能减排。
发明内容
本发明的目的在于通过一种交流共模电压调节装置及应用该装置的光伏系统，来解决以上背景技术部分提到的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种交流共模电压调节装置，其包括有源钳位装置；所述有源钳位装置接在光伏系统逆变器的交流输出侧；所述有源钳位装置通过变换生成悬浮母线电压；所述悬浮母线电压接地；所述有源钳位装置控制所述悬浮母线电压与交流侧共模电压成固定的比例关系，并通过调节悬浮母线电压调节交流侧共模电压；光伏组件负极对地电压随所述交流侧共模电压变化而变化，完成对PID效应的抑制。
特别地，所述有源钳位装置采用但不限于两电平三相半桥、T型三电平三相半桥、I型三电平的三相半桥结构的任一种。
特别地，所述悬浮母线电压接地采用但不限于以下方式的任一种：一、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点接地；二、在所述悬浮母线电压两端的分压电容上取接地点接地；三、在所述悬浮母线电压两端的分压电阻上取接地点接地；四、在所述悬浮母线电压两端的分压电感上取接地点接地。
特别地，所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点接地采用但不限于以下方式的任一种：一、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点直接接地；二、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电阻接地；三、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电阻并电容接地；四、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电感接地；五、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电感串电阻接地；六、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过二极管接地；七、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过二极管串电阻或电感接地。
本发明还公开了一种应用上述交流共模电压调节装置的光伏系统，该系统包括交流共模电压调节装置；所述交流共模电压调节装置包括有源钳位装置；所述有源钳位装置接在光伏系统逆变器的交流输出侧；所述有源钳位装置通过变换生成悬浮母线电压；所述悬浮母线电压接地；所述有源钳位装置控制所述悬浮母线电压与交流侧共模电压成固定的比例关系，并通过调节悬浮母线电压调节交流侧共模电压；光伏组件负极对地电压随所述交流侧共模电压变化而变化，完成对PID效应的抑制。
特别地，所述有源钳位装置采用但不限于两电平三相半桥、T型三电平三相半桥、I型三电平的三相半桥结构的任一种。
特别地，所述悬浮母线电压接地采用但不限于以下方式的任一种：一、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点接地；二、在所述悬浮母线电压两端的分压电容上取接地点接地；三、在所述悬浮母线电压两端的分压电阻上取接地点接地；四、在所述悬浮母线电压两端的分压电感上取接地点接地。
特别地，所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点接地采用但不限于以下方式的任一种：一、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点直接接地；二、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电阻接地；三、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电阻并电容接地；四、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电感接地；五、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电感串电阻接地；六、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过二极管接地；七、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过二极管串联电阻或电感接地。
本发明提出的交流共模电压调节装置及应用该装置的光伏系统在光伏逆变器的交流输出侧接入有源钳位装置，有源钳位装置通过变换生成悬浮母线电压，将此母线电压与大地连接，通过有源钳位装置控制，使悬浮母线电压与交流侧共模电压形成固定的比例关系，这样有源钳位装置调节悬浮母线电压即可达到调节交流输出侧共模电压的目的，进而调节了光伏组件负极对地电压，最终达到了抑制PID效应的目的。与传统解决PID效应的方式相比，本发明不仅对PID效应的抑制效果好，而且结构简单，损耗小，利于节能减排。
附图说明
图1为本发明实施例提供的交流共模电压调节装置应用示意图一；
图2为本发明实施例提供的交流共模电压调节装置应用示意图二；
图3为本发明实施例提供的交流共模电压调节装置应用示意图三；
图4为本发明实施例提供的交流共模电压调节装置应用示意图四；
图5为本发明实施例提供的交流共模电压调节装置应用示意图五；
图6为本发明实施例提供的交流共模电压调节装置应用示意图六；
图7为本发明实施例提供的交流共模电压调节装置应用示意图七；
图8为本发明实施例提供的交流共模电压调节装置应用示意图八；
图9为本发明实施例提供的交流共模电压调节装置应用示意图九；
图10为本发明实施例提供的交流共模电压调节装置应用示意图十；
图11为本发明实施例提供的交流共模电压调节装置应用示意图十一；
图12为本发明实施例提供的交流共模电压调节装置应用示意图十二；
图13为本发明实施例提供的交流共模电压调节装置应用示意图十三；
图14为本发明实施例提供的交流共模电压调节装置应用示意图十四。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本实施例中交流共模电压调节装置具体包括有源钳位装置；所述有源钳位装置接在光伏系统逆变器(即光伏逆变器)的交流输出侧；所述有源钳位装置通过变换生成悬浮母线电压；所述悬浮母线电压接地；所述有源钳位装置控制所述悬浮母线电压与交流侧共模电压成固定的比例关系，并通过调节悬浮母线电压调节交流侧共模电压；光伏组件负极对地电压随所述交流侧共模电压变化而变化，完成对PID效应的抑制。
在本实施例中，如图1所示，所述有源钳位装置的悬浮母线电压为Ubus，交流侧共模电压为Uacm，光伏组件负极对地电压为Upv-pe，通过有源钳位装置控制，使得交流侧共模电压Uacm与悬浮母线电压Ubus之间成固定的比例关系：
Uacm＝K1*Ubus
而根据光伏系统逆变器特性，交流侧共模电压Uacm与光伏组件负极对地电压Upv-pe的关系如下：
Upv-pe＝K2*Uacm
根据如上的关系式可以得出：
Upv-pe＝K1*K2*Ubus
因此，所述有源钳位装置通过调节悬浮母线电压Ubus即可调节交流侧共模电压Uacm，而光伏组件负极对地电压Upv-pe随交流侧共模电压Uacm变化而变化，进而可调整光伏组件负极对地电压Upv-pe大小，完成对PID效应的抑制。
在本实施例中所述有源钳位装置采用但不限于两电平三相半桥、T型三电平三相半桥、I型三电平的三相半桥结构的任一种。如图2至图4所示，图2为采用两电平三相半桥结构的有源钳位装置的应用示意图；图3为采用T型三电平三相半桥结构的有源钳位装置的应用示意图；图4为采用I型三电平的三相半桥结构的有源钳位装置的应用示意图；图2至图4中Qx表示桥式电路的开关器件，该开关器件可采用IGBT、MOSFET管或其他电力电子开关器件。需要说明的是，附图仅给出了采用两电平三相半桥、T型三电平三相半桥、I型三电平的三相半桥结构的有源钳位装置的应用示意图，但实际应用时并不局限于此，有源钳位装置还可使用三相全桥、三相四桥臂、五电平三相半桥、多电平三相桥式电路、三个单相拓扑等其它可实现三相逆变的桥式电路结构形式，只要能实现相应功能即可。
对于悬浮母线电压的接地方式，在本实施例中采用但不限于以下方式的任一种：一、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点接地；具体的，所示悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点接地的方式又包括但不限于：1、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点直接接地；图1至图4为负极直接接地的情况；2、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电阻R接地；图5为悬浮母线电压的负极通过电阻R接地的情况；3、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电阻R并电容C接地；图6为悬浮母线电压的负极通过电阻R并电容C接地的情况；4、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电感L接地；图7为悬浮母线电压的负极通过电感L接地的情况；5、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电感L串电阻R接地；图8为悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电感L串电阻R接地的情况；6、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过二极管D接地；图9为悬浮母线电压的负极通过二极管D接地的情况；7、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过二极管D串电阻R接地；图10为悬浮母线电压的负极通过二极管D串电阻R接地的情况，但并不局限于此，悬浮母线电压的负极也可以通过二极管D串联电感接地。二、如图11所示，在所述悬浮母线电压两端的分压电容(C1、C2…Cn)上取接地点接地；三、如图12所示，在所述悬浮母线电压两端的分压电阻(R1、R2…Rn)上取接地点接地；四、如图13所示，在所述悬浮母线电压两端的分压电感(L1、L2…Ln)上取接地点接地。值得一提的是，所述悬浮母线电压接地点的选取不局限于上述方式，也可以在其他器件形成的分压点上取接地点，只要能实现所需功能即可。
基于上述交流共模电压调节装置，本实施例还公开了一种光伏系统，该系统包括交流共模电压调节装置；所述交流共模电压调节装置包括有源钳位装置；所述有源钳位装置接在光伏系统逆变器的交流输出侧；所述有源钳位装置通过变换生成悬浮母线电压；所述悬浮母线电压接地；所述有源钳位装置控制所述悬浮母线电压与交流侧共模电压成固定的比例关系，并通过调节悬浮母线电压调节交流侧共模电压；光伏组件负极对地电压随所述交流侧共模电压变化而变化，完成对PID效应的抑制。
在本实施例中所述有源钳位装置采用但不限于两电平三相半桥、T型三电平三相半桥、I型三电平的三相半桥结构的任一种。如图2至图4所示，图2为采用两电平三相半桥结构的有源钳位装置的应用示意图；图3为采用T型三电平三相半桥结构的有源钳位装置的应用示意图；图4为采用I型三电平的三相半桥结构的有源钳位装置的应用示意图；图2至图4中Qx表示桥式电路的开关器件，该开关器件可采用IGBT、MOSFET管或其他电力电子开关器件。需要说明的是，附图仅给出了采用两电平三相半桥、T型三电平三相半桥、I型三电平的三相半桥结构的有源钳位装置的应用示意图，但实际应用时并不局限于此，有源钳位装置还可使用三相全桥、三相四桥臂、五电平三相半桥、多电平三相桥式电路、三个单相拓扑等其它可实现三相逆变的桥式电路结构形式，只要能实现相应功能即可。
对于悬浮母线电压的接地方式，在本实施例中采用但不限于以下方式的任一种：一、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点接地；具体的，所示悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点接地的方式又包括但不限于：1、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点直接接地；图1至图4为负极直接接地的情况；2、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电阻R接地；图5为悬浮母线电压的负极通过电阻R接地的情况；3、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电阻R并电容C接地；图6为悬浮母线电压的负极通过电阻R并电容C接地的情况；4、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电感L接地；图7为悬浮母线电压的负极通过电感L接地的情况；5、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电感L串电阻R接地；图8为悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电感L串电阻R接地的情况；6、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过二极管D接地；图9为悬浮母线电压的负极通过二极管D接地的情况；7、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过二极管D串电阻R接地；图10为悬浮母线电压的负极通过二极管D串电阻R接地的情况，但并不局限于此，悬浮母线电压的负极也可以通过二极管D串联电感接地。二、如图11所示，在所述悬浮母线电压两端的分压电容(C1、C2…Cn)上取接地点接地；三、如图12所示，在所述悬浮母线电压两端的分压电阻(R1、R2…Rn)上取接地点接地；四、如图13所示，在所述悬浮母线电压两端的分压电感(L1、L2…Ln)上取接地点接地。值得一提的是，所述悬浮母线电压接地点的选取不局限于上述方式，也可以在其他器件形成的分压点上取接地点，只要能实现所需功能即可。
图1至图14中Upv均指光伏组件。值得一提的是，上述实施例中仅是以有变压器的光伏系统(并网系统)为例对交流共模电压调节装置进行的说明，但本发明并不局限于此，如图14所示，交流共模电压调节装置同样可以应用于不带变压器并网系统中。
本发明的技术方案在光伏逆变器的交流输出侧接入有源钳位装置，有源钳位装置通过变换生成悬浮母线电压，将此母线电压与大地连接，通过有源钳位装置控制，使悬浮母线电压与交流侧共模电压形成固定的比例关系，这样有源钳位装置调节悬浮母线电压即可达到调节交流输出侧共模电压的目的，进而调节了光伏组件负极对地电压，最终达到了抑制PID效应的目的。与传统解决PID效应的方式相比，本发明不仅对PID效应的抑制效果好，而且结构简单，损耗小，利于节能减排。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种交流共模电压调节装置，其特征在于，包括有源钳位装置；所述有源钳位装置接在光伏系统逆变器的交流输出侧；所述有源钳位装置通过变换生成悬浮母线电压；所述悬浮母线电压接地；所述有源钳位装置控制所述悬浮母线电压与交流侧共模电压成固定的比例关系，并通过调节悬浮母线电压调节交流侧共模电压；光伏组件负极对地电压随所述交流侧共模电压变化而变化，完成对PID效应的抑制。
2.根据权利要求1所述的交流共模电压调节装置，其特征在于，所述有源钳位装置采用但不限于两电平三相半桥、T型三电平三相半桥、I型三电平的三相半桥结构的任一种。
3.根据权利要求1或2任一项所述的交流共模电压调节装置，其特征在于，所述悬浮母线电压接地采用但不限于以下方式的任一种：一、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点接地；二、在所述悬浮母线电压两端的分压电容上取接地点接地；三、在所述悬浮母线电压两端的分压电阻上取接地点接地；四、在所述悬浮母线电压两端的分压电感上取接地点接地。
4.根据权利要求3所述的交流共模电压调节装置，其特征在于，所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点接地采用但不限于以下方式的任一种：一、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点直接接地；二、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电阻接地；三、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电阻并电容接地；四、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电感接地；五、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电感串电阻接地；六、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过二极管接地；七、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过二极管串电阻或电感接地。
5.一种光伏系统，其特征在于，包括权利要求1至4任一项所述的交流共模电压调节装置；所述交流共模电压调节装置包括有源钳位装置；所述有源钳位装置接在光伏系统逆变器的交流输出侧；所述有源钳位装置通过变换生成悬浮母线电压；所述悬浮母线电压接地；所述有源钳位装置控制所述悬浮母线电压与交流侧共模电压成固定的比例关系，并通过调节悬浮母线电压调节交流侧共模电压；光伏组件负极对地电压随所述交流侧共模电压变化而变化，完成对PID效应的抑制。
6.根据权利要求5所述的光伏系统，其特征在于，所述有源钳位装置采用但不限于两电平三相半桥、T型三电平三相半桥、I型三电平的三相半桥结构的任一种。
7.根据权利要求5或6任一项所述的光伏系统，其特征在于，所述悬浮母线电压接地采用但不限于以下方式的任一种：一、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点接地；二、在所述悬浮母线电压两端的分压电容上取接地点接地；三、在所述悬浮母线电压两端的分压电阻上取接地点接地；四、在所述悬浮母线电压两端的分压电感上取接地点接地。
8.根据权利要求7所述的光伏系统，其特征在于，所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点接地采用但不限于以下方式的任一种：一、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点直接接地；二、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电阻接地；三、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电阻并电容接地；四、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电感接地；五、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过电感串电阻接地；六、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过二极管接地；七、所述悬浮母线电压的负极、正极或母线间的任一点通过二极管串电阻或电感接地。
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