一種應用於級聯H橋光伏逆變器的漏電流抑制方法與流程
2023-10-18 17:23:34
本發明涉及光伏發電併網
技術領域：
，具體涉及一種基於級聯H橋光伏逆變器的漏電流抑制方法。
背景技術：
：光伏逆變器(Photovoltaicinverter)是一種由半導體器件組成的電力調整裝置，主要用於把直流電力轉換成交流電力。一般由升壓迴路和逆變橋式迴路構成。升壓迴路把太陽電池的直流電壓升壓到逆變器輸出控制所需的直流電壓；逆變橋式迴路則把升壓後的直流電壓等價地轉換成常用頻率的交流電壓。對於級聯H橋光伏逆變器，其每個模塊的低壓直流側可由光伏板進行獨立供電，便於實現每個模塊的MPPT控制，因此H橋拓撲特別適用於光伏逆變器。與傳統的逆變器相比，級聯H橋光伏逆變器具備明顯優勢，例如開關頻率低、濾波器體積小、易於模塊化等。級聯H橋光伏逆變器通過級聯模塊達到併網所需電壓，因此該類逆變器不需要變壓器，進一步降低成本，提高功率密度。但是，級聯H橋光伏逆變器缺少變壓器的隔離作用，光伏板和電網之間存在直接電器連接，導致光伏板和大地之間的寄生電容形成迴路，產生漏電流。所以嚴重影響系統的效率和可靠性，甚至對人身安全造成威脅。因此，如何抑制級聯H橋光伏逆變器的漏電流就變得極其重要。技術實現要素：為了解決上述的漏電流問題，本發明提供一種應用於級聯H橋光伏逆變器的漏電流抑制方法，所述級聯H橋光伏逆變器包括兩個H橋模塊，所述H橋模塊包括四個開關管；其中，所述漏電流抑制方法包括：根據所述兩個H橋模塊的四個橋臂的開關狀態列出所述兩個H橋模塊包含的16個開關狀態；在所述兩個H橋模塊的直流輸入電壓相同時，計算所述16個開關狀態中每個開關狀態對應的每個H橋模塊的寄生電容電壓及所述兩個H橋模塊總的寄生電容電壓之和；選出所述兩個H橋模塊總的寄生電容電壓之和相同的所有開關狀態形成開關狀態組合；根據所述開關狀態組合，通過調製波與載波進行比較，生成PWM驅動信號對所述兩個H橋模塊的開關管進行控制，從而實現漏電流的抑制。在本發明的一個實施例中，確定出所述兩個H橋模塊包含的16個開關狀態，包括：定義Sa1、Sb1、Sa2、Sb2分別為所述兩個H橋模塊一左橋臂上管的開關函數、所述兩個H橋模塊一右橋臂上管的開關函數、所述兩個H橋模塊二左橋臂上管的開關函數、所述兩個H橋模塊二右橋臂上管的開關函數，分別用數字0,1代表所述H橋模塊每個開關管的關斷及導通狀態，根據Sa1/Sb1/Sa2/Sb2的不同取值，形成0101,0100,0111,0110,0001,1101,0000,1111,0011,1100,0010,1110,1001,1000,1011,1010共16個開關狀態。在本發明的一個實施例中，選出所述兩個H橋模塊總的寄生電容電壓之和相同的所有開關狀態形成開關狀態組合，包括：假設每個H橋模塊的直流輸入電壓為vpv，則所述兩個H橋模塊輸出的全部電壓值為：+2vpv、+vpv、0、-vpv、-2vpv，選擇出使所述兩個H橋模塊總的寄生電容電壓之和為vpv的所有開關狀態，根據電平切換時，開關管動作次數最少的原則形成所述開關狀態組合。在本發明的一個實施例中，形成所述開關狀態組合，包括：根據電平切換時，開關管動作次數最少的原則，形成兩種開關狀態組合，其中第一種開關狀態組合為：1010-1000-1100-0011-0001-0101，分別對應輸出電平+2vpv、+vpv、0、0、-vpv、-2vpv；第二種開關狀態組合為：1010-1110-1100-0011-0111-0101，分別對應輸出電平+2vpv、+vpv、0、0、-vpv、-2vpv。在本發明的一個實施例中，所述載波採用四個載波信號tri1、tri2、tri3、tri4，其中，tri4>tri3>tri1>tri2，0<tri2<0.5，0.5<tri1<1，1<tri3<1.5，1.5<tri4tri3，Sb1＝0，否則Sb1＝1；Sa2由所述調製波vref與所述載波tri4比較得到，若vref>tri4，Sa2＝1，否則Sa2＝0；當調製波vreftri2，Sb1＝0，否則Sb1＝1；Sa2由所述調製波vref與所述載波tri1比較得到，若vref>tri1，Sa2＝1，否則Sa2＝0；第二種開關狀態組合1010-1110-1100-0011-0111-0101的PWM驅動信號生成方式包括：當所述調製波vref≥1時，Sa1＝1，Sb2＝0；Sb1由所述調製波vref與所述載波tri4比較得到，若vref>tri4，Sb1＝0，否則Sb1＝1；Sa2由所述調製波vref與所述載波tri3比較得到，若vref>tri3，Sa2＝1，否則Sa2＝0；當所述調製波vreftri1，Sb1＝0，否則Sb1＝1；Sa2由所述調製波vref與所述載波tri2比較得到，若vref>tri2，Sa2＝1，否則Sa2＝0。與現有技術相比，本發明的有益效果為：在不引入新的濾波電路以及在不更改拓撲結構圖的情況下，本發明通過新的調製策略，使寄生電容電壓之和保持恆定或工頻正弦量，顯著地減小了級聯H橋光伏逆變器的漏電流。附圖說明為了清楚說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下,還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。圖1為本發明實施例提供的一種級聯H橋光伏逆變器的漏電流抑制方法的示意圖；圖2為本發明實施例提供的又一種級聯H橋光伏逆變器的漏電流抑制方法的示意流程圖；圖3為本發明實施例提供的一種兩個模塊級聯H橋光伏逆變器的原理圖；圖4為本發明實施例提供的兩個模塊級聯H橋光伏逆變器等效模型；圖5為本發明實施例提供的一種第一種開關狀態組合的實現原理圖；圖6為本發明實施例提供的一種第二種開關狀態組合的實現原理圖。具體實施方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。實施例一請參見圖1，圖1為本發明實施例提供的一種級聯H橋光伏逆變器的漏電流抑制方法的示意圖，該方法包括如下步驟：所述級聯H橋光伏逆變器包括兩個H橋模塊，所述H橋模塊包括四個開關管；其中，所述漏電流抑制方法包括：步驟(a)，根據所述兩個H橋模塊的四個橋臂的開關狀態列出所述兩個H橋模塊包含的16個開關狀態；步驟(b)，在所述兩個H橋模塊的直流輸入電壓相同時，計算所述16個開關狀態中每個開關狀態對應的每個H橋模塊的寄生電容電壓及所述兩個H橋模塊總的寄生電容電壓之和；步驟(c)，選出所述兩個H橋模塊總的寄生電容電壓之和相同的所有開關狀態形成開關狀態組合；步驟(d)，根據所述開關狀態組合，通過調製波與載波進行比較，生成PWM驅動信號對所述兩個H橋模塊的開關管進行控制，從而實現漏電流的抑制。其中，對於步驟a，可以包括：確定出所述兩個H橋模塊包含的16個開關狀態，具體為：定義Sa1、Sb1、Sa2、Sb2分別為所述兩個H橋模塊一左橋臂上管的開關函數、所述兩個H橋模塊一右橋臂上管的開關函數、所述兩個H橋模塊二左橋臂上管的開關函數、所述兩個H橋模塊二右橋臂上管的開關函數，分別用數字0,1代表所述H橋模塊每個開關管的關斷及導通狀態，根據Sa1/Sb1/Sa2/Sb2的不同取值，形成0101,0100,0111,0110,0001,1101,0000,1111,0011,1100,0010,1110,1001,1000,1011,1010共16個開關狀態。其中，對於步驟c，可以包括：選出所述兩個H橋模塊總的寄生電容電壓之和相同的所有開關狀態形成開關狀態組合，具體為：假設每個H橋模塊的直流輸入電壓為vpv，則所述兩個H橋模塊輸出的全部電壓值為：+2vpv、+vpv、0、-vpv、-2vpv，選擇出使所述兩個H橋模塊總的寄生電容電壓之和為vpv的所有開關狀態，根據電平切換時，開關管動作次數最少的原則形成所述開關狀態組合。其中，對於步驟c中根據電平切換時，開關管動作次數最少的原則形成所述開關狀態組合，可以包括：形成所述開關狀態組合，具體為：根據電平切換時，開關管動作次數最少的原則，形成兩種開關狀態組合，其中第一種開關狀態組合為：1010-1000-1100-0011-0001-0101，分別對應輸出電平+2vpv、+vpv、0、0、-vpv、-2vpv；第二種開關狀態組合為：1010-1110-1100-0011-0111-0101，分別對應輸出電平+2vpv、+vpv、0、0、-vpv、-2vpv。其中，對於步驟d，可以包括：所述載波採用四個載波信號tri1、tri2、tri3、tri4，其中，tri4>tri3>tri1>tri2，0<tri2<0.5，0.5<tri1<1，1<tri3<1.5，1.5<tri4tri3，Sb1＝0，否則Sb1＝1；Sa2由所述調製波vref與所述載波tri4比較得到，若vref>tri4，Sa2＝1，否則Sa2＝0；當調製波vreftri2，Sb1＝0，否則Sb1＝1；Sa2由所述調製波vref與所述載波tri1比較得到，若vref>tri1，Sa2＝1，否則Sa2＝0；第二種開關狀態組合1010-1110-1100-0011-0111-0101的PWM驅動信號生成方式包括：當所述調製波vref≥1時，Sa1＝1，Sb2＝0；Sb1由所述調製波vref與所述載波tri4比較得到，若vref>tri4，Sb1＝0，否則Sb1＝1；Sa2由所述調製波vref與所述載波tri3比較得到，若vref>tri3，Sa2＝1，否則Sa2＝0；當所述調製波vreftri1，Sb1＝0，否則Sb1＝1；Sa2由所述調製波vref與所述載波tri2比較得到，若vref>tri2，Sa2＝1，否則Sa2＝0。本實施例，通過PWM驅動信號對級聯H橋光伏逆變器的開關管進行控制，解決了級聯H橋光伏逆變器漏電流過大的問題，達到了不引入新的濾波電路，不更改拓撲結構的前提下，通過新的調製策略，使寄生電容電壓之和保持恆定或工頻正弦量，達到顯著減小級聯H橋光伏逆變器漏電流的效果。實施例二請參見圖2，圖2為本發明實施例提供的又一種級聯H橋光伏逆變器的漏電流抑制方法的示意流程圖，本實施例在上述實施例的基礎上，對本發明的技術方案進行詳細描述。具體地，該方法包括：步驟(a)，建立兩個模塊級聯H橋光伏逆變器的原理圖，如圖3所示，其中Cpv1和Cpv2為光伏陣列與大地之間的寄生電容，vpv1和vpv2為兩個模塊的直流輸入電壓，Cin1和Cin2為直流側輸入電容，L1和L2為網側濾波電感，R1和R2為網側濾波電感的寄生電阻，vg為電網電壓，a1和b1分別為第一個H橋模塊的左右橋臂輸出端，a2和b2分別為第二個H橋模塊的左右橋臂輸出端。步驟(b)，列寫出兩個H橋模塊包含的所有16個開關狀態。其中兩個H橋模塊的四個橋臂的上開關管分別用Sa1，Sb1，Sa2，Sb2開關函數表示，具體為：Sa1表示所述H橋模塊一左橋臂上管的開關函數，Sb1表示所述H橋模塊一右橋臂上管的開關函數，Sa2表示所述H橋模塊二左橋臂上管的開關函數，Sb2表示所述H橋模塊二右橋臂上管的開關函數；每個開關函數採用1代表開關管導通，0代表開關管關斷，下開關管與上開關管互補工作。步驟(c)，計算全部16個開關狀態中每個開關狀態對應的每個H橋模塊的寄生電容電壓及所述兩個H橋模塊總的寄生電容電壓之和。圖4為兩個模塊的級聯H橋光伏逆變器等效模型。其中，va1n1、vb1n1、va2n2和vb2n2分別為各橋臂輸出端a1、b1、a2和b2對公共點n1和n2的電壓。以電網電流的正半周期為例，假設網側濾波電感L1＝L2，由於漏電流很小，故L1和L2上產生的電壓近似相等且為vL，同時，網側濾波電感寄生電阻的電壓均為vR；根據圖4，由基爾霍夫定律可得式：-va1n1+vL+vR+vg+vcpv1=0-vb2n2-vL-vR+vcpv2=0-vb1n1+va2n2-vcpv2+vcpv1=0]]>由以上三式可得：vcpv1=va1n1+vb1n12-va2n2-vb2n22-vg2]]>vcpv2=va1n1-vb1n12+va2n2+vb2n22-vg2]]>由於電網電壓vg主要為工頻分量，對寄生電容上的漏電流影響很小，此後的分析均不再考慮，故寄生電容Cpv1和Cpv2的電壓vcpv1和vcpv2可表達為：v′cpv1=va1n1+vb1n12-va2n2-vb2n22]]>v′cpv2=va1n1-vb1n12+va2n2+vb2n22]]>步驟(d)，形成總的輸出電壓、兩個級聯H橋模塊的開關狀態、每個H橋模塊的寄生電容電壓與兩個H橋模塊總的寄生電容電壓之和的關係表，如表1所示。其中vab為總的輸出電壓，Sa1、Sb1、Sa2、Sb2為兩個H橋模塊四個橋臂開關管的開關函數，v′cpv1為模塊一的寄生電容電壓，v′cpv2為模塊二的寄生電容電壓，v′cpv1+v′cpv2為兩個H橋模塊的寄生電容電壓之和，兩個H橋模塊的電平輸出分別為：2vpv、vpv、0、-vpv和-2vpv。表1兩個H橋模塊的開關狀態與寄生電容電壓步驟(e)，根據表1的數據結果，選擇寄生電容電壓之和為vpv的所有開關狀態，並根據電平切換時，開關管動作次數最少的原則組成如下兩種開關狀態組合，分別為：1010-1000-1100-0011-0001-0101與1010-1110-1100-0011-0111-0101。步驟(f)，根據級聯H橋模塊的任一開關狀態組合，生成PWM驅動信號對開關管進行控制，其實現方式為調製波與四個同相位的載波進行比較得到PWM信號。其中，四個載波信號為tri1、tri2、tri3、tri4，滿足：tri4>tri3>tri1>tri2，0<tri2<0.5，0.5<tri1<1，1<tri3<1.5，1.5<tri4tri3，Sb1＝0，否則Sb1＝1；Sa2由調製波與載波tri4比較得到，若vref>tri4，Sa2＝1，否則Sa2＝0；(2)當調製波vreftri2，Sb1＝0，否則Sb1＝1；Sa2由調製波vref與載波tri1比較得到，若vref>tri1，Sa2＝1，否則Sa2＝0；如圖6所示實現實施例的第二種開關狀態組合，具體的比較方式如下：(1)當調製波vref≥1時，Sa1＝1，Sb2＝0；Sb1由調製波與載波tri4比較得到，若vref>tri4，Sb1＝0，否則Sb1＝1；Sa2由調製波與載波tri3比較得到，若vref>tri3，Sa2＝1，否則Sa2＝0；(2)當調製波vreftri1，Sb1＝0，否則Sb1＝1；Sa2由調製波vref與載波tri2比較得到，若vref>tri2，Sa2＝1，否則Sa2＝0。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。當前第1頁1 2 3