T型三電平三相逆變器抑制中線共模電流的方法與流程

2024-03-02 07:14:15

本發明涉及一種適用於t型三電平三相逆變器中來抑制中線共模電流的方法。
背景技術：
：在分布式發電系統中，逆變器作為可再生能源(如光伏發電、風力發電等)與電網或負載連接的橋梁，其性能直接影響整個分布式發電系統。而分布發電系統中的多電平逆變器與二電平逆變器相比具有以下優勢：(1)逆變器輸出電壓、電流諧波更小；(2)輸出電壓變化率更小；(3)輸出功率更大。因此，多電平逆變器在分布式發電系統得到關注和應用。在多電平逆變器中，t型三電平三相逆變器和二極體鉗位型三電平三相逆變器相比，具有以下優勢：(1)減少6個電力二極體，從而降低系統成本；(2)逆變器開關頻率在5khz—30khz，t型三電平三相逆變器比二極體鉗位型三電平三相逆變器效率高。因此，t型三電平逆變器在分布式發電系統中得到了廣泛的應用。在光伏發電系統中，逆變器可分為隔離型和非隔離型逆變器，而非隔離型逆變器由於效率高、體積小等優點在分布式光伏發電系統得到廣泛的應用。對於非隔離t型三電平三相光伏併網逆變器，為減少光伏併網逆變器共模漏電流，大部分商用逆變器通常採用將t型三電平三相逆變器輸出濾波電容的公共點連接到直流母線電容的中性點(環流中線)的方案，如附圖1所示。這樣，逆變器的一部分高頻電流將在中線上環流，大大減少逆變器輸出共模漏電流。但是，由於逆變器環流中線的存在，t型三電平三相逆變器的lc濾波器形成諧振的高頻分量也將在逆變器與環流中線上流動，影響光伏併網逆變器逆變側電流和環流中線電流，導致光伏併網逆變器輸出逆變側電流和環流中線上包含lc濾波器的諧振電流。因此，若不加控制，環流中線的高頻電流以及逆變側電流高頻成分均將增加。對於目前大部分商用光伏併網逆變器沒有考慮抑制lc濾波器的諧振電流，主要原因在於lc濾波器的諧振電流主要在逆變器側和環流中線上環流，不在逆變器網側流(不會流入電網)。由此可見，為抑制t型三電平三相併網逆變器環流中線高頻電流和逆變器逆變側諧振高頻電流，發明一種抑制t型三電平三相光伏併網逆變器環流中線電流，提高t型三電平三相光伏併網逆變器性能的方法，在分布式發電系統有很好的應用前景。技術實現要素：本發明的目的是提供一種能夠抑制併網逆變器的中線共模電流，以提高逆變器性能的t型三電平三相逆變器抑制中線共模電流的方法。為達到上述目的，本發明採用的技術方案是：一種t型三電平三相逆變器抑制中線共模電流的方法，應用於採用spwm調製且逆變側輸出三相電流信號ia、ib、ic的t型三電平三相逆變器中，所述t型三電平三相逆變器的輸出經lc濾波器連接至電網，所述t型三電平三相逆變器抑制中線共模電流的方法為：採用作為調製所述t型三電平三相逆變器的調製信號；其中，分別為用於調製所述t型三電平三相逆變器的三相調製信號，varef、vbref、vcref分別為三相常規正弦波脈衝調製信號，voffset為所述三相常規正弦波脈衝調製信號的三次諧波偏置信號，voffset_lc為具有抑制所述lc濾波器的諧振電流注入到所述調製信號的電壓偏置信號，voffset_lc＝kfia_high，kf為電流到電壓的轉換係數，ia_high為所述t型三電平三相逆變器的逆變側輸出電流ia的高頻分量。所述t型三電平三相逆變器的逆變側輸出電流ia經低通濾波器而得到其低頻電流ia_low，則ia_high＝ia-ia_low。其中，ωf為所述低通濾波器的截止頻率，s為拉氏變換算子。voffset＝-(max(varef,vbref,vcref)+min(varef,vbref,vcref))/2。所述t型三電平三相逆變器的逆變側輸出的三相電流信號ia、ib、ic分別經坐標變換而對應轉換為dq坐標系下的直流分量id、iq，所述三相電流信號各自對應的直流分量id、iq分別與給定值比較後，再通過比例積分調節器後輸出調節輸出量，所述調節輸出量經過坐標變換後得到三相常規正弦波脈衝調製信號varef、vbref、vcref。坐標變換時通過鎖相環而獲取所述電網的空間角度角。所述t型三電平三相逆變器採用電網電壓定向矢量控制方式。由於上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：本發明的方法能夠實現有效抑制環流中線和逆變器逆變側電流中包含的lc濾波器諧振，減少逆變器共模漏電流，提高逆變器性能。附圖說明附圖1為分布式發電逆變系統中lc濾波器的諧振電流流通迴路示意圖。附圖2為分布式發電逆變系統的結構示意圖。附圖3為三相併網逆變器電網電壓定向抑制環流中線共模電流矢量控制方法示意圖。附圖4為基於電網電壓定向的矢量控制系統矢量圖。附圖5為三相併網逆變器穩態仿真波形圖；(a)傳統方法環流中線電流；(b)本發明方法環流中線電流了；(c)傳統方法逆變側三相電流；(d)本發明方法逆變側三相電流；(e)傳統方法電網側三相電流；(f)本發明方法電網側三相電流。具體實施方式下面結合附圖所示的實施例對本發明作進一步描述。實施例一：參見附圖2所示，分布式發電逆變系統由分布式可再生能源、t型三電平三相逆變器、lc濾波器、電網等構成。本實施例中，該分布式發電逆變系統為光伏發電逆變系統，其中的分布式可再生能源為光伏陣列，在附圖2中由直流電源edc和直流輸入電阻rdc等效。t型三電平三相逆變器根據光伏陣列輸入的功率，實現有功功率和無功功率控制，lc濾波器濾除逆變器輸出電流高頻分量，t型三電平三相逆變器的輸出經lc濾波器連接至電網。在附圖2中，uan、ubn、ucn為t型三電平三相併網逆變器輸出的三相電壓，ea、eb、ec為三相電網電壓，ia、ib、ic是t型三電平三相逆變器的逆變側輸出的三相輸出電流，l為濾波電感，c為濾波電容。t型三電平三相逆變器輸出濾波電容c的公共點連接到直流母線電容的中性點。上述t型三電平三相逆變器採用spwm調製。為提高直流母線電壓利用率，通常在常規正弦波脈衝寬度調製(sinusoidpulsewidthmodulation,spwm)加入三次諧波。加入三次諧波之後逆變器的調製信號為：其中，varef、vbref、vcref分別為三相常規正弦波脈衝調製信號，voffset為三相常規正弦波脈衝調製信號的三次諧波偏置信號，三次諧波偏置信號voffset表示為：voffset＝-(max(varef,vbref,vcref)+min(varef,vbref,vcref))/2(2)其中，max函數取變量的最大值，其中min函數取變量的最小值。為抑制lc濾波器諧振電流在環流中線上流，將t型三電平三相逆變器產生諧振電流與其抵消。先將t型三電平三相併網逆變器的逆變側電流ia經過一個低通濾波器得到逆變器a相電流的低頻電流ia_low，其可示為：其中ωf為低通濾波器的截止頻率，在本系統中ωf選取為ωf＝314.15rad/s；s為拉氏變換算子。則三電平三相逆變側電流ia的高頻分量電流ia_high為：ia_high＝ia-ia_low(4)則具有抑制lc濾波器的諧振電流注入到調製信號的電壓偏置信號為：voffset_lc＝kfia_high(5)其中kf為電流到電壓轉換係數，在本發明系統中kf＝4。從而採用以下具有抑制環流中線共模電流的調製信號作為調製t型三電平三相逆變器的調製信號：其中，分別為用於調製t型三電平三相逆變器的三相調製信號，varef、vbref、vcref分別為三相常規正弦波脈衝調製信號，voffset為三相常規正弦波脈衝調製信號的三次諧波偏置信號，voffset_lc為具有抑制lc濾波器的諧振電流注入到調製信號的電壓偏置信號。基於以上控制方法的三相併網逆變器電網電壓定向抑制環流中線共模電流矢量控制方法示意圖如附圖3所示。t型三電平三相逆變器的逆變側輸出的三相電流信號ia、ib、ic分別經坐標變換(abc/αβ/dq變換)而對應轉換為dq坐標系下的直流分量id、iq，三相電流信號各自對應的直流分量id、iq分別與給定值(給定值根據功率的大小自由給定，如本系統給定為)比較後，再通過比例積分(proportionalintegral,pi)調節器後輸出調節輸出量，調節輸出量經過坐標變換(dq/αβ/abc變換)後得到三相常規正弦波脈衝調製信號varef、vbref、vcref。為了獲取電網的空間角度角，坐標變換時通過鎖相環(phaselockedloop,pll)而獲取電網的空間角度角。而為抑制環流中線共模電流，逆變側相電流ia經過濾波和變換得到voffset_lc，進而得到所需的，三相調製信號為實現t型三電平三相併網逆變器有功功率和無功功率獨立控制，三電平三相逆變器採用電網電壓定向矢量控制方式。電網電壓定向的矢量控制(voltageorientedcontrol,voc)方式是指dq同步旋轉坐標系與三相電網電壓空間矢量同步旋轉，且dq旋轉坐標系的d軸與電壓矢量重合。基於電網電壓定向的矢量控制系統矢量圖如圖4所示。由圖4可知，三相電網電壓矢量在dq旋轉坐標系d軸上的分量在q軸上的分量eq＝0。根據瞬時功率理論，三相併網逆變器輸出瞬時有功功率p和瞬時無功功率q分別為：其中ed、eq為電網電壓在dq旋轉坐標系d軸分量和q軸分量；id、iq為三相併網逆變器輸出電流在dq旋轉坐標系d軸分量和q軸分量。將電網電壓定在d軸上面，則聯合式(7)和式(8)可得：由式(9)可知，系統的瞬時有功功率p與逆變輸出電流在d軸上的分量id成正比，而瞬時無功功率q則與輸出電流在q軸上的分量iq成正比。因此，通過id與iq的控制，就可以分別控制系統的瞬時有功、無功功率。為了驗證上述所發明的方法的正確性和有效性，按圖3的控制方法對所發明方法和傳統方法進行對比仿真。系統仿真參數如表1。表1仿真參數額定功率p＝10kw濾波電感l＝1.3mh濾波電容c＝4.7μf母線濾波電容c1＝3000uf逆變器開關頻率fs＝20khz直流輸入edc＝650v直流輸入電阻rdc＝1ω電網電壓頻率fg＝50hz電網電壓有效值erms＝220v為實現功率因數為1逆變，有功功率電流給定無功功率電流給定圖5為環流中線電流、逆變器輸出逆變側三相電流和電網側三相電流。圖5(a)、(c)、(e)採用傳統方法，而圖5(b)、(d)、(f)為所發明方法。從圖5的仿真波形看出：(1)所發明方法環流中線電流icm的最大值為5a，而傳統方法中線電流icm的最大值為9a，所發明方法輸出環流中線電流明顯小於傳統方法；(2)所發明方法輸出逆變側電流波形質量優於傳統方法，傳統方法逆變側電流明顯包含lc濾波器高頻諧振電流；(3)發明方法和傳統方法逆變器網側電流基本相同。從圖5對比仿真波形看出：所發明方法不增加任何硬體基礎上，實現有效抑制環流中線和逆變器逆變側電流lc濾波器諧振，提高逆變器性能。在光伏發電系統有很好的應用價值。發明提供了一種抑制t型三電平三相光伏併網逆變器lc濾波器的諧振電流、抑制中線共模電流的方法，大大減少了逆變器中線共模電流高頻分量，並應用於t型三電平三相光伏併網發電系統，提高了t型三電平三相光伏併網逆變器性能、提高光伏併網發電系統的性能。上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。當前第1頁12