CN104022669A - 一种中性点钳位光伏逆变器及其调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中性点钳位光伏逆变器及其调制方法，所述调制方法包括如下步骤：得到调制所需的参考电压矢量；建立所述光伏逆变器的基本空间矢量分布图；所述基本空间矢量包括1个零矢量、6个长矢量、6个中矢量、以及6个短矢量；根据所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域，选取三个相邻的所述中矢量来合成所述参考电压矢量；根据所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域，选取两个相邻的所述中矢量和一个所述零矢量来合成所述参考电压矢量；结合同一时间发生状态变化的功率开关管尽可能少的约束条件，确定合成所述参考电压矢量的基本空间矢量。本发明使***共模电压始终稳定在某一常值，有效降低了***高频共模漏电流的产生。

Description

一种中性点钳位光伏逆变器及其调制方法

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体为一种中性点钳位光伏逆变器及其调制方法。

背景技术

太阳能光伏发电可代替资源有限、不可再生的煤炭、石油和天然气等一次化石能源以及由一次能源转换成的二次能源，因此推广太阳能光伏发电应用，对减少化石能源的消费量和优化能源结构，具有重要意义。

其中，非隔离型并网逆变器由于减少了变压器级的功率损失，且具有效率高、体积小、成本低和结构简单等特点，近年来，在世界范围内得到了快速的发展。但由于缺少了变压器，光伏电池与电网之间存在了电气连接，则同时带来了安全隐患；另外，光伏电池、以及逆变器接地外壳均存在对地的寄生电容，并与逆变器具有的输出滤波元件、以及电网阻抗构成谐振回路，进而逆变器进行高频开关动作时，会引起前述寄生电容上电压的变化，容易导致回路中共模电流超出允许范围即出现漏电现象。对地共模漏电流的存在一方面降低了***的发电效率和并网质量，另一方面会带来严重的电磁兼容问题，给设备和人员的安全造成隐患。

同时，随着光伏装机容量的不断增加，作为新能源***能量变换的核心器件，逆变器的容量和耐压等级的要求也越来越高，传统的两电平逆变器无法满足要求，故多电平技术逐步成为了研究的热点。多电平逆变器具有耐压等级高、电压应力低、以及电压和电流的畸变率低的优点，但是随着电平数的增多，控制策略的复杂程度急剧增加，基于上述原因，三电平逆变器显示出极大的优越性。

传统的基于中性点钳位的三相光伏逆变器的主拓扑结构一般采用SVPWM调制方式，其具有直流电压利用率高、输出电流谐波含量低等优点，但该种拓扑结构及调制方式会造成光伏电池对地寄生电容两端电压的高频波动，从而不可避免地产生共模漏电流。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制一种中性点钳位光伏逆变器及其调制方法。

本发明的技术手段如下：

一种中性点钳位光伏逆变器，所述光伏逆变器包括：输入端分别连接一光伏电池输出端的DC-DC变换器PV1和PV2、由电容C_dc1和C_dc2串联构成的分压支路、由钳位二极管D₁和D₂串联构成的A相桥臂中性点钳位支路、由依次按照漏极连接源极的方式串接的功率开关管S_a1、S_a2、S_a3和S_a4构成的A相桥臂开关支路、由钳位二极管D₃和D₄串联构成的B相桥臂中性点钳位支路、由依次按照漏极连接源极的方式串接的功率开关管S_b1、S_b2、S_b3和S_b4构成的B相桥臂开关支路、由钳位二极管D₅和D₆串联构成的C相桥臂中性点钳位支路、由依次按照漏极连接源极的方式串接的的功率开关管S_c1、S_c2、S_c3和S_c4构成的C相桥臂开关支路；所述A相桥臂中性点钳位支路两端分别连接功率开关管S_a1的源极和功率开关管S_a4的漏极；所述B相桥臂中性点钳位支路两端分别连接功率开关管S_b1的源极和功率开关管S_b4的漏极；所述C相桥臂中性点钳位支路两端分别连接功率开关管S_c1的源极和功率开关管S_c4的漏极；所述电容C_dc1、C_dc2的串接点、与所述钳位二极管D₁、D₂的串接点、所述钳位二极管D₃、D₄的串接点、以及所述钳位二极管D₅、D₆的串接点相连接；所述电容C_dc1两端与DC-DC变换器PV1输出端相连接；所述电容C_dc2两端与DC-DC变换器PV2输出端相连接；所述DC-DC变换器PV1和PV2的输出电压相等，且具有各自独立的用于调节所述输出电压的DC-DC控制器；

进一步地，所述功率开关管S_a1、S_a2、S_a3、S_a4、S_b1、S_b2、S_b3、S_b4、S_c1、S_c2、S_c3和S_c4均集成有反向并联在漏极和源极之间的续流二极管；所述功率开关管S_a2源极经由滤波电感L_a连接电网；所述功率开关管S_b2源极经由滤波电感L_b连接电网；所述功率开关管S_c2源极经由滤波电感L_c连接电网；

一种上述所述的中性点钳位光伏逆变器的调制方法，该调制方法包括如下步骤：

步骤1：根据光伏逆变器控制***的闭环控制策略得到调制所需的参考电压矢量；

步骤2：建立所述光伏逆变器的基本空间矢量分布图；所述基本空间矢量包括1个零矢量V₀、6个长矢量V₁～V₆、6个中矢量V₇～V₁₂、以及6个短矢量V₁₃～V₁₈；

步骤3：根据所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域，选取三个相邻的所述中矢量来合成所述参考电压矢量；

步骤4：根据所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域，选取两个相邻的所述中矢量和一个所述零矢量来合成所述参考电压矢量；

步骤5：

根据步骤3和步骤4的处理结果，结合同一时间发生状态变化的功率开关管尽可能少的约束条件，确定合成所述参考电压矢量的基本空间矢量；

进一步地，所述步骤3具体包括如下步骤：

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为0～60°，选取中矢量V₁₂、V₇和V₈合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为60～120°，选取中矢量V₇、V₈和V₉合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为120～180°，选取中矢量V₈、V₉和V₁₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为180～240°，选取中矢量V₉、V₁₀和V₁₁合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为240～300°，选取中矢量V₁₀、V₁₁和V₁₂合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为300～360°，选取中矢量V₁₁、V₁₂和V₇合成所述参考电压矢量；

进一步地，所述步骤4具体包括如下步骤：

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为-30～30°，选取中矢量V₁₂、V₇和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为30～90°，选取中矢量V₇、V₈和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为90～150°，选取中矢量V₈、V₉和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为150～210°，选取中矢量V₉、V₁₀和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为210～270°，选取中矢量V₁₀、V₁₁和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为270～330°，选取中矢量V₁₁、V₁₂和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

进一步地，所述步骤5具体包括如下步骤：

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为0～30°，确定通过中矢量V₁₂、V₇和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为30～60°，确定通过中矢量V₁₂、V₇和V₈合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为60～90°，确定通过中矢量V₇、V₈和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为90～120°，确定通过中矢量V₇、V₈和V₉合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为120～150°，确定通过中矢量V₈、V₉和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为150～180°，确定通过中矢量V₈、V₉和V₁₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为180～210°，确定通过中矢量V₉、V₁₀和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为210～240°，确定通过中矢量V₉、V₁₀和V₁₁合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为240～270°，确定通过中矢量V₁₀、V₁₁和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为270～300°，确定通过中矢量V₁₀、V₁₁和V₁₂合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为300～330°，确定通过中矢量V₁₁、V₁₂和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为330～360°，确定通过中矢量V₁₁、V₁₂和V₇合成所述参考电压矢量。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种中性点钳位光伏逆变器及其调制方法，本发明通过引入两路输出电压分别独立控制且相等的DC-DC变换器，避免了传统中性点钳位光伏逆变器单纯采用电容分压导致的中性点不平衡的问题，同时配合改进的调制方法，通过对基本空间矢量及其对应的功率开关管开关序列的合理选取和排序，使***共模电压始终稳定在某一常值，有效降低了***高频共模漏电流的产生，实现方便，同时能够抑制***入网电流的谐波含量，提高逆变器入网电流的电能质量，本发明结构和方法简单，几乎未改变目前同类装置的硬件结构，成本较低。

附图说明

图1是考虑寄生参数的非隔离型三相光伏并网逆变器电路原理图；

图2是三相光伏并网逆变器的高频共模等效电路；

图3是三相光伏并网逆变器中A-B相的高频共模等效电路；

图4是本发明所述光伏逆变器的基本空间矢量分布图；

图5是本发明所述中性点钳位光伏逆变器的拓扑结构示意图；

图6-a是传统的SVPWM调制方式的开关状态分析示意图；

图6-b是传统的SVPWM调制方式产生的共模电压的分析示意图；

图7-a是执行本发明所述调制方法步骤3后的功率开关管开关状态分析示意图；

图7-b是执行本发明所述调制方法步骤3后产生的共模电压的分析示意图；

图8-a是执行本发明所述调制方法步骤4后的功率开关管开关状态分析示意图；

图8-b是执行本发明所述调制方法步骤4后产生的共模电压的分析示意图；

图9是本发明所述DC-DC变换器的电路原理图。

具体实施方式

图1示出了考虑寄生参数的非隔离型三相光伏并网逆变器电路原理图，如图1所示，所述三相光伏并网逆变器包括光伏电池PV，电容C_dc，DC/AC模块，滤波电感L_a、L_b、L_c，滤波电容C_f1、C_f2、C_f3，串联电抗器L_ca、L_cb、L_cc，传输线阻抗Z_a、Z_b、Z_c，以及电网接地点与逆变器机壳接地点之间的地阻抗Z_g；所述DC/AC模块可以是全桥电路，也可以是多电平逆变电路；图1中还示出了光伏电池对大地的寄生电容C_g-pv，其大小取决于光伏电池的材料、面积、土壤性质、空气湿度以及安装方式等因素，以及逆变器输出点与大地之间的寄生电容C_ga、C_gb、C_gc，其主要由开关器件的硅片对散热片形成；当逆变器高频开关动作时，会引起寄生电容C_ga、C_gb、C_gc上电压的高频波动，进而产生共模漏电流，流经光伏电池的寄生电容C_g-pv的高频共模电流可能损坏光伏电池。图2示出了三相光伏并网逆变器的高频共模等效电路，其中，V_AQ、V_BQ、V_CQ分别为图1示出的节点A与节点Q、节点B与节点Q、节点C与节点Q之间的电压；由于电网电压为低频信号，其产生的共模漏电流非常小，故图2示出的高频共模等效电路忽略了电网电压的影响。进一步地，根据戴维南定理和叠加定理，同时考虑差模电压对共模电压的影响，可将所述高频共模等效电路等效为三个单相共模等效模型；图3示出了三相光伏并网逆变器中A-B相的高频共模等效电路，B-C相、以及C-A相的高频共模等效电路与之类似，其中，V_cm-AB代表A-B相间的共模电压，具体为V_cm-AB＝(V_AQ+V_BQ)2；V_dm-AB代表A-B相间的差模电压，具体为V_dm-AB＝V_AQ-V_BQ；L_ab＝L_a//L_b；L_cab＝L_ca//L_cb；Z_ab＝Z_a//Z_b；由共模的定义进一步推导可知，三相逆变器的共模电压为 $V_{\mathrm{cm}3}=\frac{(V_{\mathrm{AQ}}+V_{\mathrm{BQ}}+V_{\mathrm{CQ}})}{3}=\frac{(V_{\mathrm{cm}-\mathrm{AB}}+V_{\mathrm{cm}-\mathrm{BC}}+V_{\mathrm{cm}-\mathrm{CA}})}{3},$ 此处忽略了电路中三相寄生参数不平衡的状态，通过上述分析可知，在非隔离型光伏并网逆变电路中，开关器件的高频变化是共模效应产生的根本原因，而开关器件的高频变化往往由调制方法决定，因此这种拓扑结构下共模电压的产生很大程度上取决于调制方式。

如图5所示的一种中性点钳位光伏逆变器，所述光伏逆变器包括：输入端分别连接一光伏电池输出端的DC-DC变换器PV1和PV2、由电容C_dc1和C_dc2串联构成的分压支路、由钳位二极管D₁和D₂串联构成的A相桥臂中性点钳位支路、由依次按照漏极连接源极的方式串接的功率开关管S_a1、S_a2、S_a3和S_a4构成的A相桥臂开关支路、由钳位二极管D₃和D₄串联构成的B相桥臂中性点钳位支路、由依次按照漏极连接源极的方式串接的功率开关管S_b1、S_b2、S_b3和S_b4构成的B相桥臂开关支路、由钳位二极管D₅和D₆串联构成的C相桥臂中性点钳位支路、由依次按照漏极连接源极的方式串接的的功率开关管S_c1、S_c2、S_c3和S_c4构成的C相桥臂开关支路；所述A相桥臂中性点钳位支路两端分别连接功率开关管S_a1的源极和功率开关管S_a4的漏极；所述B相桥臂中性点钳位支路两端分别连接功率开关管S_b1的源极和功率开关管S_b4的漏极；所述C相桥臂中性点钳位支路两端分别连接功率开关管S_c1的源极和功率开关管S_c4的漏极；所述电容C_dc1、C_dc2的串接点、与所述钳位二极管D₁、D₂的串接点、所述钳位二极管D₃、D₄的串接点、以及所述钳位二极管D₅、D₆的串接点相连接；所述电容C_dc1两端与DC-DC变换器PV1输出端相连接；所述电容C_dc2两端与DC-DC变换器PV2输出端相连接；所述DC-DC变换器PV1和PV2的输出电压相等，且具有各自独立的用于调节所述输出电压的DC-DC控制器；进一步地，所述功率开关管S_a1、S_a2、S_a3、S_a4、S_b1、S_b2、S_b3、S_b4、S_c1、S_c2、S_c3和S_c4均集成有反向并联在漏极和源极之间的续流二极管；所述功率开关管S_a2源极经由滤波电感L_a连接电网；所述功率开关管S_b2源极经由滤波电感L_b连接电网；所述功率开关管S_c2源极经由滤波电感L_c连接电网。

本发明可应用于光伏并网发电领域，所述光伏逆变器为非隔离型三相光伏并网逆变器，其包括输入端分别连接一光伏电池输出端的DC-DC变换器PV1和PV2；所述电容C_dc1两端与DC-DC变换器PV1输出端相连接；所述电容C_dc2两端与DC-DC变换器PV2输出端相连接；所述DC-DC变换器PV1和PV2的输出电压相等，且具有各自独立的用于调节所述输出电压的DC-DC控制器；图8示出了本发明所述DC-DC变换器的电路原理图，如图8所示，DC-DC变换器包括输入端与光伏电池阵列输出端相连接的Boost升压电路，该升压电路包括电感L1、开关管S1、二极管D1和电容C_dc；所述DC-DC变换器还包括DC/DC控制器和PWM驱动电路；所述DC-DC控制器根据光伏电池阵列输出电压Ui、电感L1流经电流Ii、以及Boost升压电路输出电压Uo实现输出电压Uo的闭环调整，通过PWM驱动电路控制开关管S1的导通和关断，从而保证输出电压Uo恒定；本发明所述光伏逆变器通过引入两路输出电压分别独立控制且相等的DC-DC变换器，避免了传统中性点钳位光伏逆变器单纯采用电容分压导致的中性点不平衡的问题。

图5示出了本发明所述中性点钳位光伏逆变器的拓扑结构示意图，下面针对该改进后的中性点钳位光伏逆变器拓扑结构分析SVPWM空间矢量调制方式，图4示出了本发明所述光伏逆变器的基本空间矢量分布图，如图4所示，共有19个基本空间矢量，分别包括1个零矢量V₀、6个长矢量V₁～V₆、6个中矢量V₇～V₁₂、以及6个短矢量V₁₃～V₁₈，表1给出了参考电压矢量在αβ坐标系中从-30～150°时可能的开关状态及对应的共模电压，如表1所示，能够看出逆变器的共模电压V_CM随开关状态的变化而改变，此处由于采用本发明所述中性点钳位光伏逆变器拓扑结构，不存在中性点不平衡的问题，故共模电压V_CM的值可以用图5中的节点P和节点Q之间的电压V_PQ来标量，分析传统的SVPWM调制方式，选择调制比大于0.5的情况，图6-a、图6-b分别示出了传统的SVPWM调制方式的开关状态及产生的共模电压的分析示意图，如图6-a、图6-b所示，当参考电压矢量在0～30°范围内时，参考电压矢量由基本空间矢量V₁、V₇和V₁₃构成，其对应共模电压V_CM的值分别为V_PQ/3、V_PQ/2、2V_PQ/3，不难发现在参考电压矢量不断变化过程中，逆变器必将产生周期性变化的共模电压，从而导致高频共模漏电流。

表1.参考电压矢量在αβ坐标系中从-30～150°时可能的开关状态及对应的共模电压数据表。

Sa1  Sa2	Sa3  Sa4	Sb1  Sb2	Sb3  Sb4	Sc1  Sc2	Sc3  Sc4	矢量	共模电压VCM
								0  0	1  1	0  0	1  1	0  0	1  1	V0	0
1   1	0  0	1  1	0  0	1  1	0  0	V0	VPQ
								0  1	1  0	0  1	1  0	0  1	1  0	V0	VPQ/2
1  1	0  0	0  0	1  1	0  0	1  1	V1	VPQ/3
								1  1	0  0	1  1	0  0	0  0	1  1	V2	2VPQ/3
0  0	1  1	1  1	0  0	0  0	1  1	V3	VPQ/3
								1  1	0  0	0  1	1  0	0  0	1  1	V7	VPQ/2
0  1	1  0	1  1	0  0	0  0	1  1	V8	VPQ/2
								0  0	1  1	1  1	0  0	0  1	1  0	V9	VPQ/2
1  1	0  0	0  0	1  1	0  1	1  0	V12	VPQ/2
								0  1	1  0	0  0	1  1	0  0	1  1	V13	VPQ/6
1  1	0  0	0  1	1  0	0  1	1  0	V13	2VPQ/3
								0  1	1  0	0  1	1  0	0  0	1  1	V14	VPQ/3
1  1	0  0	1  1	0  0	0  1	1  0	V14	5VPQ/6
								0  0	1  1	0  1	1  0	0  0	1  1	V15	VPQ/6
0  1	1  0	1  1	0  0	0  1	1  0	V15	2VPQ/3

本发明中性点钳位光伏逆变器的调制方法的具体实施方案如下：

一种上述所述的中性点钳位光伏逆变器的调制方法，该调制方法包括如下步骤：

步骤1：根据光伏逆变器控制***的闭环控制策略得到调制所需的参考电压矢量；

步骤2：建立所述光伏逆变器的基本空间矢量分布图；所述基本空间矢量包括1个零矢量V₀、6个长矢量V₁～V₆、6个中矢量V₇～V₁₂、以及6个短矢量V₁₃～V₁₈；

步骤3：根据所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域，选取三个相邻的所述中矢量来合成所述参考电压矢量；

步骤4：根据所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域，选取两个相邻的所述中矢量和一个所述零矢量来合成所述参考电压矢量；

步骤5：

根据步骤3和步骤4的处理结果，结合同一时间发生状态变化的功率开关管尽可能少的约束条件，确定合成所述参考电压矢量的基本空间矢量；

进一步地，所述步骤3具体包括如下步骤：当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为0～60°，选取中矢量V₁₂、V₇和V₈合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为60～120°，选取中矢量V₇、V₈和V₉合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为120～180°，选取中矢量V₈、V₉和V₁₀合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为180～240°，选取中矢量V₉、V₁₀和V₁₁合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为240～300°，选取中矢量V₁₀、V₁₁和V₁₂合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为300～360°，选取中矢量V₁₁、V₁₂和V₇合成所述参考电压矢量；

进一步地，所述步骤4具体包括如下步骤：当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为-30～30°，选取中矢量V₁₂、V₇和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为30～90°，选取中矢量V₇、V₈和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为90～150°，选取中矢量V₈、V₉和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为150～210°，选取中矢量V₉、V₁₀和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为210～270°，选取中矢量V₁₀、V₁₁和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为270～330°，选取中矢量V₁₁、V₁₂和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

进一步地，所述步骤5具体包括如下步骤：当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为0～30°，确定通过中矢量V₁₂、V₇和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为30～60°，确定通过中矢量V₁₂、V₇和V₈合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为60～90°，确定通过中矢量V₇、V₈和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为90～120°，确定通过中矢量V₇、V₈和V₉合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为120～150°，确定通过中矢量V₈、V₉和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为150～180°，确定通过中矢量V₈、V₉和V₁₀合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为180～210°，确定通过中矢量V₉、V₁₀和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为210～240°，确定通过中矢量V₉、V₁₀和V₁₁合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为240～270°，确定通过中矢量V₁₀、V₁₁和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为270～300°，确定通过中矢量V₁₀、V₁₁和V₁₂合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为300～330°，确定通过中矢量V₁₁、V₁₂和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为330～360°，确定通过中矢量V₁₁、V₁₂和V₇合成所述参考电压矢量。

本发明所述同一时间发生状态变化的功率开关管尽可能少的约束条件，是指同一时间发生状态变化的功率开关管尽可能的少，进而可以减少功率开关管导通状态与关断状态之间切换的功率损耗。

图7-a示出了执行本发明所述调制方法步骤3后的功率开关管开关状态分析示意图；图7-b示出了执行本发明所述调制方法步骤3后产生的共模电压的分析示意图；如图7-a、7-b所示，整个过程中共模电压V_CM的值均为V_PQ/2，V_PQ为图5中的节点P和节点Q之间的电压。

图8-a示出了执行本发明所述调制方法步骤4后的功率开关管开关状态分析示意图；图8-b示出了执行本发明所述调制方法步骤4后产生的共模电压的分析示意图；如图8-a、8-b所示，整个过程中共模电压V_CM的值均为V_PQ/2，V_PQ为图5中的节点P和节点Q之间的电压。

本发明的中性点钳位光伏逆变器拓扑结构，同时配合改进的调制方法，通过对基本空间矢量的合理选取及其对应的功率开关管开关序列的合理选取和排序，使***共模电压始终稳定在某一常值，有效降低了***高频共模漏电流的产生，实现方便，同时能够抑制***入网电流的谐波含量，提高逆变器入网电流的电能质量，本发明结构和方法简单，几乎未改变目前同类装置的硬件结构，成本较低。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种中性点钳位光伏逆变器，其特征在于，所述光伏逆变器包括：输入端分别连接一光伏电池输出端的DC-DC变换器PV1和PV2、由电容C_dc1和C_dc2串联构成的分压支路、由钳位二极管D₁和D₂串联构成的A相桥臂中性点钳位支路、由依次按照漏极连接源极的方式串接的功率开关管S_a1、S_a2、S_a3和S_a4构成的A相桥臂开关支路、由钳位二极管D₃和D₄串联构成的B相桥臂中性点钳位支路、由依次按照漏极连接源极的方式串接的功率开关管S_b1、S_b2、S_b3和S_b4构成的B相桥臂开关支路、由钳位二极管D₅和D₆串联构成的C相桥臂中性点钳位支路、由依次按照漏极连接源极的方式串接的的功率开关管S_c1、S_c2、S_c3和S_c4构成的C相桥臂开关支路；所述A相桥臂中性点钳位支路两端分别连接功率开关管S_a1的源极和功率开关管S_a4的漏极；所述B相桥臂中性点钳位支路两端分别连接功率开关管S_b1的源极和功率开关管S_b4的漏极；所述C相桥臂中性点钳位支路两端分别连接功率开关管S_c1的源极和功率开关管S_c4的漏极；所述电容C_dc1、C_dc2的串接点、与所述钳位二极管D₁、D₂的串接点、所述钳位二极管D₃、D₄的串接点、以及所述钳位二极管D₅、D₆的串接点相连接；所述电容C_dc1两端与DC-DC变换器PV1输出端相连接；所述电容C_dc2两端与DC-DC变换器PV2输出端相连接；所述DC-DC变换器PV1和PV2的输出电压相等，且具有各自独立的用于调节所述输出电压的DC-DC控制器。

2.根据权利要求1所述的一种中性点钳位光伏逆变器，其特征在于：所述功率开关管S_a1、S_a2、S_a3、S_a4、S_b1、S_b2、S_b3、S_b4、S_c1、S_c2、S_c3和S_c4均集成有反向并联在漏极和源极之间的续流二极管；所述功率开关管S_a2源极经由滤波电感L_a连接电网；所述功率开关管S_b2源极经由滤波电感L_b连接电网；所述功率开关管S_c2源极经由滤波电感L_c连接电网。

3.一种如权利要求1所述的中性点钳位光伏逆变器的调制方法，其特征在于，该调制方法包括如下步骤：

步骤1：根据光伏逆变器控制***的闭环控制策略得到调制所需的参考电压矢量；

步骤2：建立所述光伏逆变器的基本空间矢量分布图；所述基本空间矢量包括1个零矢量V₀、6个长矢量V₁～V₆、6个中矢量V₇～V₁₂、以及6个短矢量V₁₃～V₁₈；

步骤3：根据所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域，选取三个相邻的所述中矢量来合成所述参考电压矢量；

步骤4：根据所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域，选取两个相邻的所述中矢量和一个所述零矢量来合成所述参考电压矢量；

步骤5：

根据步骤3和步骤4的处理结果，结合同一时间发生状态变化的功率开关管尽可能少的约束条件，确定合成所述参考电压矢量的基本空间矢量。

4.根据权利要求3所述的中性点钳位光伏逆变器的调制方法，其特征在于所述步骤3具体包括如下步骤：

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为0～60°，选取中矢量V₁₂、V₇和V₈合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为60～120°，选取中矢量V₇、V₈和V₉合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为120～180°，选取中矢量V₈、V₉和V₁₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为180～240°，选取中矢量V₉、V₁₀和V₁₁合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为240～300°，选取中矢量V₁₀、V₁₁和V₁₂合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为300～360°，选取中矢量V₁₁、V₁₂和V₇合成所述参考电压矢量。

5.根据权利要求3所述的中性点钳位光伏逆变器的调制方法，其特征在于所述步骤4具体包括如下步骤：

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为-30～30°，选取中矢量V₁₂、V₇和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为30～90°，选取中矢量V₇、V₈和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为90～150°，选取中矢量V₈、V₉和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为150～210°，选取中矢量V₉、V₁₀和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为210～270°，选取中矢量V₁₀、V₁₁和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为270～330°，选取中矢量V₁₁、V₁₂和零矢量V₀合成所述参考电压矢量。

6.根据权利要求3所述的中性点钳位光伏逆变器的调制方法，其特征在于所述步骤5具体包括如下步骤：

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为0～30°，确定通过中矢量V₁₂、V₇和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为30～60°，确定通过中矢量V₁₂、V₇和V₈合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为60～90°，确定通过中矢量V₇、V₈和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为90～120°，确定通过中矢量V₇、V₈和V₉合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为120～150°，确定通过中矢量V₈、V₉和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为150～180°，确定通过中矢量V₈、V₉和V₁₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为180～210°，确定通过中矢量V₉、V₁₀和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为210～240°，确定通过中矢量V₉、V₁₀和V₁₁合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为240～270°，确定通过中矢量V₁₀、V₁₁和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为270～300°，确定通过中矢量V₁₀、V₁₁和V₁₂合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为300～330°，确定通过中矢量V₁₁、V₁₂和零矢量V₀合成所述参考电压矢量；

当所述参考电压矢量在αβ坐标系下的所处区域为330～360°，确定通过中矢量V₁₁、V₁₂和V₇合成所述参考电压矢量。