CN110460259B - 一种十开关交错箝位三相光伏逆变器拓扑结构 - Google Patents

一种十开关交错箝位三相光伏逆变器拓扑结构 Download PDF

Info

Publication number
CN110460259B
CN110460259B CN201910675344.5A CN201910675344A CN110460259B CN 110460259 B CN110460259 B CN 110460259B CN 201910675344 A CN201910675344 A CN 201910675344A CN 110460259 B CN110460259 B CN 110460259B
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
bridge arm
switch tube
tube
switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910675344.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110460259A (zh
Inventor
马海啸
陈泽峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Posts and Telecommunications
Original Assignee
Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Posts and Telecommunications filed Critical Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority to CN201910675344.5A priority Critical patent/CN110460259B/zh
Publication of CN110460259A publication Critical patent/CN110460259A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110460259B publication Critical patent/CN110460259B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0038—Circuits or arrangements for suppressing, e.g. by masking incorrect turn-on or turn-off signals, e.g. due to current spikes in current mode control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/123—Suppression of common mode voltage or current
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种十开关交错箝位三相光伏逆变器的主电路拓扑。该拓扑首先是在传统三相桥式逆变器的基础上加入了正负母线开关，实现在续流阶段时将光伏电池板和逆变器输出侧断开；其次在逆变器的直流输入侧引入3个箝位电容，使输入电压分为0、1/3、2/3和1四个电位点；最后在1/3和2/3电位点交错加入两个箝位开关，使逆变器在续流时共模电压可箝位于光伏电池板输出电压的1/3或2/3，减小了共模电压幅值，并使共模电压频率为三角载波频率的三倍，提高了回路阻抗，从而抑制了光伏逆变器的共模漏电流，确保使用时的人身和设备安全。

Description

一种十开关交错箝位三相光伏逆变器拓扑结构
技术领域
本发明涉及一种三相光伏逆变器的主电路拓扑，尤其是一种十开关交错箝位三相光伏逆变器的主电路拓扑，该拓扑适用于对转换效率和人身设备安全要求较高的光伏发电场合，属于电力电子直流-交流变换范畴。
背景技术
光伏逆变器要求转换效率高、成本低、安全性能高，能够承受光伏电池输出电压波动大的影响，并且也要满足较高的输出电能质量。光伏逆变器一般分为隔离型和非隔离型。隔离型光伏逆变器实现了电池板和电网的电气隔离，抑制了漏电流，保障了在使用时的人身和设备安全，但是其体积大、成本高、效率低等问题一直存在。而非隔离光伏逆变器中不存在变压器，因此避免了隔离型变压器的缺点，从而被广泛应用在光伏发电***中。但是由于变压器的移除使得输入和输出之间存在电气连接，且电池板对地电容的存在，光伏逆变器在工作时会产生共模漏电流。漏电流的存在会使得输出电流谐波含量增加，增大了电磁干扰，从而降低电能质量，引发电网畸变，造成功率损失，并且漏电流还会对人身和设备安全造成影响。为了确保在使用时的安全，漏电流必须被抑制在规定范围内。
发明内容
为了抑制共模漏电流，确保人身和设备的安全，本发明提出一种十开关交错箝位三相光伏逆变器的主电路拓扑，该拓扑改善了逆变器的共模特性，能有效抑制共模漏电流，降低了共模漏电流，具有较好的工程应用价值。
本发明的技术解决方案是：
提出一种十开关交错箝位三相光伏逆变器拓扑，包括太阳能电池、传统三相桥式逆变电路，三相输出滤波电路和三相负载。其特征在于还包括：正负母线开关和交错箝位电路。传统三相桥式逆变电路包括A相上桥臂开关管(S1)、A相下桥臂开关管(S4)、B相上桥臂开关管(S3)、B相下桥臂开关管(S6)、C相上桥臂开关管(S5)和C相下桥臂开关管(S2)；三相输出滤波电路包括A相滤波电感(Lfa)、B相滤波电感(Lfb)、C相滤波电感(Lfc)、A相滤波电容(Cfa)、B相滤波电容(Cfb)和C相滤波电容(Cfc)；三相负载包括A相负载(Ra)、B相负载(Rb)和C相负载(Rc)；三相续流电路包括三相负载(Ra、Rb、Rc)、三相滤波电感(Lfa、Lfb、Lfc)以及A相第一续流开关管(S1)、A相第二续流开关管(S4)、B相第一续流开关管(S3)、B相第二续流开关管(S6)、C相第一续流开关管(S5)和C相第二续流开关管(S2)；交错箝位电路包括第一直流电容(Cdc1)、第二直流电容(Cdc2)和第三直流电容(Cdc3)、上箝位开关管(S9)和下箝位开关管(S10)；其中太阳能电池板输出电压(UPV)的正极分别与第一输入直流电容(Cdc1)的正极和第七开关管(S7)的漏极相连，第七开关管(S7)的源极分别与下箝位开关管(S10)的漏极和A相上桥臂开关管(S1)、B相上桥臂开关管(S3)、C相上桥臂开关管(S5)的漏极相连；太阳能电池板输出电压(UPV)的负极分别与第三输入直流电容(Cdc3)的负极和第八开关管(S8)的源极相连于点Q，第八开关管(S8)的漏极分别与上箝位开关管(S9)的源极和A相下桥臂开关管(S4)、B相下桥臂开关管(S6)、C相下桥臂开关管(S2)的源极相连；A相上桥臂开关管(S1)的源极与A相下桥臂开关管(S4)的漏极、A相滤波电感(Lfa)的一端分别相连于点A；B相上桥臂开关管(S3)的源极与B相下桥臂开关管(S6)的漏极、B相滤波电感(Lfb)的一端分别相连于点B；C相上桥臂开关管(S5)的源极与C相下桥臂开关管(S2)的漏极、C相滤波电感(Lfc)的一段分别相连于点C；上箝位开关管(S9)的源极和第一输入电容(Cdc1)的负极、第二输入电容(Cdc2)的正极相连；下箝位开关管(S10)的漏极与第二输入电容(Cdc2)的负极、第三输入电容(Cdc3)的正极相连；A相滤波电感(Lfa)的另一端与A相滤波电容(Cfa)的正极和A相负载(Ra)的一端相连，B相滤波电感(Lfb)的另一端与B相滤波电容(Cfb)的正极和B相负载(Rb)的一端相连，C相滤波电感(Lfc)的另一端与C相滤波电容(Cfc)的正极和C相负载(Rc)的一端相连；A相滤波电容(Cfa)的负极与B相滤波电容(Cfb)的负极、C相滤波电容(Cfc)的负极、A相负载(Ra)的另一端、B相负载(Rb)的另一端、C相负载(Rc)的另一端分别相连于点N。
作为本发明所述的一种十开关交错箝位三相光伏逆变器拓扑，当逆变器使用SPWM控制策略时，其共模电压幅值为光伏电池板输出电压幅值的1/3或2/3。所述逆变器在整个逆变周期内，可根据以下公式计算出逆变器的共模电压：
ucm＝(uAQ+uBQ+uCQ)/3
其中，uAQ为A点与Q点的电位差，uBQ为B点与Q点的电位差，uCQ为C点与Q点的电位差。
进一步的，定义逆变器开关状态为[M1,M2,M3,M4,M5]。M1表示A相桥臂开关管的开关状态，M1＝1表示A相上桥臂开关管导通且下桥臂开关管关断，M1＝0表示A相上桥臂开关管关断且下桥臂开关管导通；M2表示B相桥臂开关管的开关状态，M2＝1表示B相上桥臂开关管导通且下桥臂开关管关断，M2＝0表示B相上桥臂开关管关断且下桥臂开关管导通；M3表示C相桥臂开关管的开关状态，M3＝1表示C相上桥臂开关管导通且下桥臂开关管关断，M3＝0表示C相上桥臂开关管关断且下桥臂开关管导通；M4表示上下母线开关管的开关状态，M4＝1表示上下母线开关都导通，M4＝0表示上下母线开关都关断；M5表示箝位电路上下箝位开关管的开关状态，M5＝1表示上箝位开关管导通下箝位开关管关断，M5＝0表示上箝位开关管关断下箝位开关管导通，M5＝Z表示上下箝位开关管都关断。
进一步的，逆变器6个非续流开关模态分别为[1,0,0,1,Z]、[1,1,0,1,Z]、[0,1,0,1,Z]、[0,1,1,1,Z]、[0,0,1,1,Z]和[1,0,1,1,Z]，2个续流开关模态分别为[1,1,1,0,0]和[0,0,0,0,1]。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术优点：一种十开关交错箝位三相光伏逆变器由于增加了交错箝位电路，使得在续流阶段时，逆变器的共模电压被箝位至光伏电池板输出电压的1/3和2/3；同时，共模电压的频率是三角载波频率的三倍，提高了共模回路的阻抗，从而改善了逆变器的共模特性，有效地抑制共模漏电流。
附图说明
图1为本发明的主电路拓扑。
图2为本发明的工作模态图，
其中，图2(a)为逆变器在模态1时的工作原理图；
图2(b)为逆变器在模态2时的工作原理图；
图2(c)为逆变器在模态3时的工作原理图；
图2(d)为逆变器在模态4时的工作原理图；
图2(e)为逆变器在模态5时的工作原理图；
图2(f)为逆变器在模态6时的工作原理图；
图2(g)为逆变器在模态7时的工作原理图；
图2(h)为逆变器在模态8时的工作原理图；。
图3为本发明的共模电压示意图。
图4为本发明的驱动信号时序图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明的技术解决方案是提出一种十开关交错箝位三相光伏逆变器拓扑，其结构如图1所示，包括太阳能电池、传统三相桥式逆变电路，三相输出滤波电路和三相负载。其特征在于还包括：正负母线开关和交错箝位电路。传统三相桥式逆变电路包括A相上桥臂开关管(S1)、A相下桥臂开关管(S4)、B相上桥臂开关管(S3)、B相下桥臂开关管(S6)、C相上桥臂开关管(S5)和C相下桥臂开关管(S2)；三相输出滤波电路包括A相滤波电感(Lfa)、B相滤波电感(Lfb)、C相滤波电感(Lfc)、A相滤波电容(Cfa)、B相滤波电容(Cfb)和C相滤波电容(Cfc)；三相负载包括A相负载(Ra)、B相负载(Rb)和C相负载(Rc)；三相续流电路包括三相负载(Ra、Rb、Rc)、三相滤波电感(Lfa、Lfb、Lfc)以及A相第一续流开关管(S1)、A相第二续流开关管(S4)、B相第一续流开关管(S3)、B相第二续流开关管(S6)、C相第一续流开关管(S5)和C相第二续流开关管(S2)；交错箝位电路包括第一直流电容(Cdc1)、第二直流电容(Cdc2)和第三直流电容(Cdc3)、上箝位开关管(S9)和下箝位开关管(S10)；其中太阳能电池板输出电压(UPV)的正极分别与第一输入直流电容(Cdc1)的正极和第七开关管(S7)的漏极相连，第七开关管(S7)的源极分别与下箝位开关管(S10)的漏极和A相上桥臂开关管(S1)、B相上桥臂开关管(S3)、C相上桥臂开关管(S5)的漏极相连；太阳能电池板输出电压(UPV)的负极分别与第三输入直流电容(Cdc3)的负极和第八开关管(S8)的源极相连于点Q，第八开关管(S8)的漏极分别与上箝位开关管(S9)的源极和A相下桥臂开关管(S4)、B相下桥臂开关管(S6)、C相下桥臂开关管(S2)的源极相连；A相上桥臂开关管(S1)的源极与A相下桥臂开关管(S4)的漏极、A相滤波电感(Lfa)的一端分别相连于点A；B相上桥臂开关管(S3)的源极与B相下桥臂开关管(S6)的漏极、B相滤波电感(Lfb)的一端分别相连于点B；C相上桥臂开关管(S5)的源极与C相下桥臂开关管(S2)的漏极、C相滤波电感(Lfc)的一段分别相连于点C；上箝位开关管(S9)的源极和第一输入电容(Cdc1)的负极、第二输入电容(Cdc2)的正极相连；下箝位开关管(S10)的漏极与第二输入电容(Cdc2)的负极、第三输入电容(Cdc3)的正极相连；A相滤波电感(Lfa)的另一端与A相滤波电容(Cfa)的正极和A相负载(Ra)的一端相连，B相滤波电感(Lfb)的另一端与B相滤波电容(Cfb)的正极和B相负载(Rb)的一端相连，C相滤波电感(Lfc)的另一端与C相滤波电容(Cfc)的正极和C相负载(Rc)的一端相连；A相滤波电容(Cfa)的负极与B相滤波电容(Cfb)的负极、C相滤波电容(Cfc)的负极、A相负载(Ra)的另一端、B相负载(Rb)的另一端、C相负载(Rc)的另一端分别相连于点N。
本发明提出的十开关交错箝位三相光伏逆变器按照三个上桥臂开关管的开关状态可以分为八种工作模态。定义逆变器开关状态为[M1,M2,M3,M4,M5]。M1表示A相桥臂开关管的开关状态，M1＝1表示A相上桥臂开关管导通且下桥臂开关管关断，M1＝0表示A相上桥臂开关管关断且下桥臂开关管导通；M2表示B相桥臂开关管的开关状态，M2＝1表示B相上桥臂开关管导通且下桥臂开关管关断，M2＝0表示B相上桥臂开关管关断且下桥臂开关管导通；M3表示C相桥臂开关管的开关状态，M3＝1表示C相上桥臂开关管导通且下桥臂开关管关断，M3＝0表示C相上桥臂开关管关断且下桥臂开关管导通；M4表示上下母线开关管的开关状态，M4＝1表示上下母线开关都导通，M4＝0表示上下母线开关都关断；M5表示箝位电路上下箝位开关管的开关状态，M5＝1表示上箝位开关管导通下箝位开关管关断，M5＝0表示上箝位开关管关断下箝位开关管导通，M5＝Z表示上下箝位开关管都关断。
因此逆变器6个非续流开关模态分别为[1,0,0,1,Z]、[1,1,0,1,Z]、[0,1,0,1,Z]、[0,1,1,1,Z]、[0,0,1,1,Z]和[1,0,1,1,Z]，2个续流开关模态分别为[1,1,1,0,0]和[0,0,0,0,1]。各模态如附图2所示，以下简要分析逆变器在各模态的工作原理：
模态1：
如图2(a)所示，逆变器在[1,0,0,1,Z]开关状态，开关管S1、S6、S2和S7、S8的栅源电压为高电平，S1、S6、S2和S7、S8处于导通状态；开关管S3、S4、S5和S9、S10栅源电压为低电平，S3、S4、S5和S9、S10处于关断状态。电流从电源正极流出，流经S7—S1—Lfa—A相负载—中点N—B相负载、C相负载—Lfb、Lfc—S2、S6，最后经S8流回电源负极。此时uAQ＝UPV，uBQ＝uCQ＝0，故共模电压
ucm＝(uAQ+uBQ+uCQ)/3＝UPV/3。
模态2：
如图2(b)所示，逆变器在[1,1,0,1,Z]开关状态，开关管S1、S3、S2和S7、S8的栅源电压为高电平，S1、S3、S2和S7、S8处于导通状态；开关管S4、S5、S6和S9、S10的栅源电压为低电平，S4、S5、S6和S9、S10处于关断状态。电流从电源正极流出，流经S7—S1、S3—Lfa、Lfb—A相负载、B相负载—中点N—C相负载—Lfc—S2，最后经S8流回电源负极。此时uAQ＝uBQ＝UPV，uCQ＝0，故共模电压ucm＝(uAQ+uBQ+uCQ)/3＝2UPV/3。
模态3：
如图2(c)所示，逆变器在[0,1,0,1,Z]开关状态，开关管S4、S3、S2和S7、S8的栅源电压为高电平，S4、S3、S2和S7、S8处于导通状态；开关管S1、S5、S6和S9、S10的栅源电压为低电平，S1、S5、S6和S9、S10处于关断状态。电流从电源正极流出，流经S7—S3—Lfb—B相负载—中点N—A相负载、C相负载—Lfa、Lfc—S4、S2，最后经S8流回电源负极。此时uBQ＝UPV，uAQ＝uCQ＝0，故共模电压ucm＝(uAQ+uBQ+uCQ)/3＝UPV/3。
模态4：
如图2(d)所示，逆变器在[0,1,1,1,Z]开关状态，开关管S4、S3、S5和S7、S8的栅源电压为高电平，S4、S3、S5和S7、S8处于导通状态；开关管S1、S2、S6和S9、S10的栅源电压为低电平，S1、S2、S6和S9、S10处于关断状态。电流从电源正极流出，流经S7—S3、S5—Lfb、Lfc—B相负载、C相负载—中点N—A相负载—Lfa—S4，最后经S8流回电源负极。此时uBQ＝uCQ＝UPV，uAQ＝0，故共模电压ucm＝(uAQ+uBQ+uCQ)/3＝2UPV/3。
模态5：
如图2(e)所示，逆变器在[0,0,1,1,Z]开关状态，开关管S4、S6、S5和S7、S8的栅源电压为高电平，S4、S6、S5和S7、S8处于导通状态；开关管S1、S2、S3和S9、S10的栅源电压为低电平，S1、S2、S3和S9、S10处于关断状态。电流从电源正极流出，流经S7—S5—Lfc—C相负载—中点N—A相负载、B相负载—Lfa、Lfb—S4、S6，最后经S8流回电源负极。此时uAQ＝uBQ＝0，uCQ＝UPV，故共模电压ucm＝(uAQ+uBQ+uCQ)/3＝UPV/3。
模态6：
如图2(f)所示，逆变器在[1,0,1,1,Z]开关状态，开关管S1、S6、S5和S7、S8的栅源电压为高电平，S1、S6、S5和S7、S8处于导通状态；开关管S2、S3、S4和S9、S10的栅源电压为低电平，S2、S3、S4和S9、S10处于关断状态。电流从电源正极流出，流经S7—S1、S5—Lfa、Lfc—A相负载、C相负载—中点N—B相负载—Lfb—S6，最后经S8流回电源负极。此时uAQ＝uCQ＝UPV，uBQ＝0，故共模电压ucm＝(uAQ+uBQ+uCQ)/3＝2UPV/3。
模态7：
如图2(g)所示，逆变器在[1,1,1,0,0]开关状态。一旦开关管S1、S3和S5的栅源电压同时为高电平，开关管S1、S3、S5处于导通状态，那么S7、S8和S9关断，S10导通，电路进入续流阶段。该模态的前一状态一般为上桥臂三个开关管中有两个导通。这里以模态2进入模态7为例，其他情况类似。此时续流电感中的电流将沿着各相导通开关管形成续流回路，而由于直流侧箝位开关管S10的存在，各相点电位将被箝位至UPV/3；以A相为例，电感Lfa中的电流将沿着Lfa—Ra—N—Rc—Lfc—C—S5—S1—A—Lfa的顺序通路续流。同理，其他两相也沿相似通路续流。此时各相的点电位为UPV/3。即uAQ＝uBQ＝uCQ＝UPV/3，故模态7的共模电压ucm＝(uAQ+uBQ+uCQ)/3＝UPV/3。模态8：
如图2(h)所示，逆变器在[0,0,0,0,1]开关状态。一旦开关管S4、S6和S2的栅源电压同时为高电平，开关管S4、S6、S2处于导通状态，那么S7、S8和S10关断，S9导通，电路进入续流阶段。该模态的前一状态一般为下桥臂三个开关管中有两个导通。这里以模态1进入模态8为例，其他情况类似。此时，续流电感中的电流将沿着各相导通开关管形成续流回路，而由于直流侧箝位开关管S9的存在，各相点电位将被箝位至2UPV/3；以B相为例，电感Lfb中的电流将沿着Lfb—B—S6—S4—A—Lfa—Ra—N—Rb—Lfb的顺序通路续流。同理，其他两相也沿相似通路续流。此时各相的点电位为2UPV/3。即uAQ＝uBQ＝uCQ＝2UPV/3，故模态8的共模电压ucm＝(uAQ+uBQ+uCQ)/3＝2UPV/3。
由以上分析可知，该逆变器共模电压波形如图3所示。共模电压变化范围从传统三相桥式逆变器的0～UPV减少到UPV/3～2UPV/3，共模电压幅值变小；此外共模电压变化频率变为三角载波频率的三倍，共模回路阻抗变大，从而抑制了共模漏电流，降低了***的电磁干扰，提高电能质量，减小了不必要的功率损失，确保了在使用时的人身和设备的安全。
图4给出了本发明在一种控制方案中的驱动信号时序图，图中从上至下波形分别为：A相上桥臂开关管S1栅极与源极间电压波形ugs1；A相下桥臂开关管S4栅极与源极间电压波形ugs4；B相上桥臂开关管S3栅极与源极间电压波形ugs3；B相下桥臂开关管S6栅极与源极间电压波形ugs6；C相上桥臂开关管S5栅极与源极间电压波形ugs5；C相下桥臂开关管S2栅极与源极间电压波形ugs2；正母线开关S7栅极与源极间电压波形ugs7；负母线开关S8栅极与源极间电压波形ugs8；下箝位开关管S10栅极与源极间电压波形ugs10；上箝位开关管S9栅极与源极间电压波形ugs9。
综上所述，本发明能够有效改善三相非隔离光伏逆变器共模漏电流的问题，为抑制非隔离三相光伏逆变器漏电流提供了一种方法，具有一定的工程应用价值。
以上所述仅为本发明的具体实施方案而已，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种十开关交错箝位三相光伏逆变器拓扑，包括太阳能电池、传统三相桥式逆变电路，三相输出滤波电路和三相负载，其特征在于：还包括正负母线开关和交错箝位电路；其中，所述传统三相桥式逆变电路包括A相上桥臂开关管(S1)、A相下桥臂开关管(S4)、B相上桥臂开关管(S3)、B相下桥臂开关管(S6)、C相上桥臂开关管(S5)和C相下桥臂开关管(S2)；所述三相输出滤波电路包括A相滤波电感(Lfa)、B相滤波电感(Lfb)、C相滤波电感(Lfc)、A相滤波电容(Cfa)、B相滤波电容(Cfb)和C相滤波电容(Cfc)；所述三相负载包括A相负载(Ra)、B相负载(Rb)和C相负载(Rc)；三相续流电路包括三相负载(Ra、Rb、Rc)、三相滤波电感(Lfa、Lfb、Lfc)以及A相第一续流开关管(S1)、A相第二续流开关管(S4)、B相第一续流开关管(S3)、B相第二续流开关管(S6)、C相第一续流开关管(S5)和C相第二续流开关管(S2)；交错箝位电路包括第一直流电容(Cdc1)、第二直流电容(Cdc2)和第三直流电容(Cdc3)、上箝位开关管(S9)和下箝位开关管(S10)；太阳能电池板输出电压(UPV)的正极分别与第一输入直流电容(Cdc1)的正极和第七开关管(S7)的漏极相连，第七开关管(S7)的源极分别与下箝位开关管(S10)的漏极和A相上桥臂开关管(S1)、B相上桥臂开关管(S3)、C相上桥臂开关管(S5)的漏极相连；太阳能电池板输出电压(UPV)的负极分别与第三输入直流电容(Cdc3)的负极和第八开关管(S8)的源极相连于点Q，第八开关管(S8)的漏极分别与上箝位开关管(S9)的源极和A相下桥臂开关管(S4)、B相下桥臂开关管(S6)、C相下桥臂开关管(S2)的源极相连；A相上桥臂开关管(S1)的源极与A相下桥臂开关管(S4)的漏极、A相滤波电感(Lfa)的一端分别相连于点A；B相上桥臂开关管(S3)的源极与B相下桥臂开关管(S6)的漏极、B相滤波电感(Lfb)的一端分别相连于点B；C相上桥臂开关管(S5)的源极与C相下桥臂开关管(S2)的漏极、C相滤波电感(Lfc)的一段分别相连于点C；上箝位开关管(S9)的源极和第一输入电容(Cdc1)的负极、第二输入电容(Cdc2)的正极相连；下箝位开关管(S10)的漏极与第二输入电容(Cdc2)的负极、第三输入电容(Cdc3)的正极相连；A相滤波电感(Lfa)的另一端与A相滤波电容(Cfa)的正极和A相负载(Ra)的一端相连，B相滤波电感(Lfb)的另一端与B相滤波电容(Cfb)的正极和B相负载(Rb)的一端相连，C相滤波电感(Lfc)的另一端与C相滤波电容(Cfc)的正极和C相负载(Rc)的一端相连；A相滤波电容(Cfa)的负极与B相滤波电容(Cfb)的负极、C相滤波电容(Cfc)的负极、A相负载(Ra)的另一端、B相负载(Rb)的另一端、C相负载(Rc)的另一端分别相连于点N。
2.根据权利要求1所述的十开关交错箝位三相光伏逆变器拓扑，其特征在于：当逆变器使用SPWM控制策略时，其共模电压ucm为方波，该方波的上峰值为2UPV/3，下峰值为UPV/3，其中UPV为光伏电池板的输出电压，共模电压ucm的频率为三角载波频率的三倍；
共模电压的表达式为：
ucm＝(uAQ+uBQ+uCQ)/3
其中，uAQ为A点与Q点的电位差，uBQ为B点与Q点的电位差，uCQ为C点与Q点的电位差。
3.根据权利要求1所述的十开关交错箝位三相光伏逆变器拓扑，其特征在于：定义逆变器开关状态为[M1,M2,M3,M4,M5]；M1表示A相桥臂开关管的开关状态，M1＝1表示A相上桥臂开关管导通且下桥臂开关管关断，M1＝0表示A相上桥臂开关管关断且下桥臂开关管导通；M2表示B相桥臂开关管的开关状态，M2＝1表示B相上桥臂开关管导通且下桥臂开关管关断，M2＝0表示B相上桥臂开关管关断且下桥臂开关管导通；M3表示C相桥臂开关管的开关状态，M3＝1表示C相上桥臂开关管导通且下桥臂开关管关断，M3＝0表示C相上桥臂开关管关断且下桥臂开关管导通；M4表示上下母线开关管的开关状态，M4＝1表示上下母线开关都导通，M4＝0表示上下母线开关都关断；M5表示箝位电路上下箝位开关管的开关状态，M5＝1表示上箝位开关管导通下箝位开关管关断，M5＝0表示上箝位开关管关断下箝位开关管导通，M5＝Z表示上下箝位开关管都关断。
4.根据权利要求3所述的十开关交错箝位三相光伏逆变器拓扑，其特征在于：逆变器6个非续流开关模态分别为[1,0,0,1,Z]、[1,1,0,1,Z]、[0,1,0,1,Z]、[0,1,1,1,Z]、[0,0,1,1,Z]和[1,0,1,1,Z]，2个续流开关模态分别为[1,1,1,0,0]和[0,0,0,0,1]。
CN201910675344.5A 2019-07-25 2019-07-25 一种十开关交错箝位三相光伏逆变器拓扑结构 Active CN110460259B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910675344.5A CN110460259B (zh) 2019-07-25 2019-07-25 一种十开关交错箝位三相光伏逆变器拓扑结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910675344.5A CN110460259B (zh) 2019-07-25 2019-07-25 一种十开关交错箝位三相光伏逆变器拓扑结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110460259A CN110460259A (zh) 2019-11-15
CN110460259B true CN110460259B (zh) 2021-06-22

Family

ID=68483388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910675344.5A Active CN110460259B (zh) 2019-07-25 2019-07-25 一种十开关交错箝位三相光伏逆变器拓扑结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110460259B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111064376B (zh) * 2020-01-03 2021-10-26 湖南大学 十开关三相三电平逆变器及其控制方法
CN111917322B (zh) * 2020-07-15 2022-08-23 南京邮电大学 单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器的控制方法
CN111917321B (zh) * 2020-07-15 2022-08-23 南京邮电大学 一种单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器拓扑
CN111697865B (zh) * 2020-07-17 2022-06-21 西南石油大学 直流钳位低漏电流非隔离三相光伏并网逆变器及并网***
CN113783449A (zh) * 2021-09-03 2021-12-10 南京理工大学 一种共地型双输出开关电容型多电平逆变器
CN114337207B (zh) * 2021-12-16 2023-10-31 天津城建大学 多相堆叠交错降压变换器的拓扑结构
CN114499252B (zh) * 2021-12-27 2024-06-21 南京邮电大学 一种十一开关箝位型三相光伏逆变器拓扑
CN114389471B (zh) * 2022-01-25 2024-06-21 南京邮电大学 十一开关箝位型三相光伏逆变器的控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1728517A (zh) * 2005-07-27 2006-02-01 南京航空航天大学 带有箝位电容的交错反激式变换器主电路
CN106849728A (zh) * 2017-03-15 2017-06-13 南京邮电大学 带续流开关的箝位型三相非隔离光伏逆变器的控制方法
CN108390584A (zh) * 2018-02-12 2018-08-10 南京邮电大学 一种十开关箝位型三相非隔离光伏逆变器的控制方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10333504B2 (en) * 2013-11-26 2019-06-25 Intel Corporation Low power clamp for electrical overstress protection
KR102522608B1 (ko) * 2016-11-18 2023-04-17 현대모비스 주식회사 48v 마일드 하이브리드 시스템의 인버터 고전원선 누설 전류 검출 장치 및 그 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1728517A (zh) * 2005-07-27 2006-02-01 南京航空航天大学 带有箝位电容的交错反激式变换器主电路
CN106849728A (zh) * 2017-03-15 2017-06-13 南京邮电大学 带续流开关的箝位型三相非隔离光伏逆变器的控制方法
CN108390584A (zh) * 2018-02-12 2018-08-10 南京邮电大学 一种十开关箝位型三相非隔离光伏逆变器的控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110460259A (zh) 2019-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110460259B (zh) 一种十开关交错箝位三相光伏逆变器拓扑结构
CN108390584B (zh) 一种十开关箝位型三相非隔离光伏逆变器的控制方法
CN107093954B (zh) 带boost升压的两级式三相四桥臂逆变***及控制策略
CN103283135A (zh) 电力转换装置
CN105939126B (zh) 一种开关电感型混合准z源逆变器
CN103326606B (zh) 一种单相五电平逆变器
CN205647288U (zh) 一种非隔离型光伏并网逆变器
CN105978388A (zh) 一种可抑制漏电流单相升降压型光伏逆变器及其控制方法
CN105186912B (zh) 一种两级式非隔离全桥并网逆变器
CN109756138B (zh) 一种五电平全桥逆变器的控制电路
CN212850263U (zh) 一种新型occ降压pfc电路
CN105099249A (zh) 高可靠性双输入逆变器
CN106877716B (zh) 一种带续流开关的箝位型三相非隔离光伏逆变器
CN105281361A (zh) 一种五电平双降压式并网逆变器
CN111490695B (zh) 单级式低电压应力开关电容式多电平逆变器拓扑结构及电平调制方法
Zhou et al. Dual buck inverter with series connected diodes and single inductor
CN103762879B (zh) 无直流偏置的双输出单相三开关组mmc逆变器及其控制方法
CN111327222B (zh) 一种变流电路
CN108390583B (zh) 一种十开关箝位型三相非隔离光伏逆变器拓扑结构
CN206023611U (zh) 高频隔离式五电平逆变器
CN111917321B (zh) 一种单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器拓扑
CN111917322B (zh) 单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器的控制方法
CN215268097U (zh) 一种逆变器及光伏设备
CN104539180A (zh) 一种减小***漏电流的单相无变压器结构逆变器
CN104167946A (zh) 带续流开关的中点箝位型单相非隔离光伏逆变器主电路拓扑

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant