CN110943637B - 一种非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法 - Google Patents

一种非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法，将三路相位互差120°的正弦调制波分别与一路三角载波交截得到六个开关管预处理信号，通过对六个开关管预处理信号的判断确定逆变器工作于非续流模态和续流模态。本发明首先通过三相续流电路使逆变器在续流模态时省去能量回馈电源，提高逆变器转换效率；其次，箝位开关管的选择性导通不仅使共模电压幅值减小，而且使得共模回路中共模电压的频率增加至三角载波频率的三倍，导致共模回路中滤波电感的阻抗增加，从而起到了抑制漏电流的作用。

Description

一种非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法
技术领域
本发明涉及一种非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法，属于电力电子直流—交流变换技术领域。
背景技术
光伏逆变器要求转换效率高、成本低，能够承受光伏电池输出电压波动大的不良影响，并且逆变器交流输出也要满足较高的电能质量。光伏逆变器按照是否带有隔离变压器可以分为隔离型和非隔离型。隔离型光伏逆变器实现了电网与电池板之间的电气隔离，保障了操作人员和设备的安全，但其体积大，重量重，成本高，***变换效率低。非隔离型光伏逆变器结构上不含变压器，因此具有体积小，重量轻，成本低等优点，但是缺少变压器作为电气隔离，光伏电池板与大地之间存在的寄生电容与逆变器、滤波电感和电网形成一个共模回路，随着功率开关器件的高频开关动作，在回路中会产生漏电流。漏电流的存在会增加逆变器输出电流谐波含量，增大电磁干扰，从而降低电能质量，引发电网电流畸变，造成一定的功率损耗，同时，漏电流对操作人员的安全也带来一定隐患，因此，为保障人员与设备安全，漏电流必须被抑制在一定的范围内。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提出一种非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法，通过该控制方法可以有效改善逆变器共模特性，提高***变换效率，抑制共模漏电流，保障人员与设备安全。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
提出一种非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法，所述逆变器拓扑包括太阳能光伏电池、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，还包括三相续流电路和箝位电路；传统三相桥式逆变电路包括A相上桥臂开关管(Sa1)、A相下桥臂开关管(Sa2)、B相上桥臂开关管(Sb1)、B相下桥臂开关管(Sb2)、C相上桥臂开关管(Sc1)和C相下桥臂开关管(Sc2)；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A相第一续流开关管(Sa3)、A相第二续流开关管(Sa4)、B相第一续流开关管(Sb3)、 B相第二续流开关管(Sb4)、C相第一续流开关管(Sc3)和C相第二续流开关管(Sc4)；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(SH) 和下箝位开关管(SL)；其中太阳能光伏电池(UPV)的正极与第一直流电容(Cdc1)的正极、A相上桥臂开关管(Sa1)的集电极、B 相上桥臂开关管(Sb1)的集电极和C相上桥臂开关管(Sc1)的集电极分别相连，太阳能光伏电池(UPV)的负极与第三直流电容(Cdc3) 的负极、A相下桥臂开关管(Sa2)的发射极、B相下桥臂开关管(Sb2) 的发射极和C相下桥臂开关管(Sc2)的发射极分别相连于点Q，A 相上桥臂开关管(Sa1)的发射极与A相下桥臂开关管(Sa2)的集电极、A相滤波电感(Lfa)的一端和A相第一续流开关管(Sa3) 的集电极分别相连于点A，B相上桥臂开关管(Sb1)的发射极与B 相下桥臂开关管(Sb2)的集电极、B相滤波电感(Lfb)的一端和B 相第一续流开关管(Sb3)的集电极分别相连于点B，C相上桥臂开关管(Sc1)的发射极与C相下桥臂开关管(Sc2)的集电极、C相滤波电感(Lfc)的一端和C相第一续流开关管(Sc3)的集电极分别相连于点C，第一直流电容(Cdc1)的负极与第二直流电容(Cdc2) 的正极、上箝位开关管(SH)的发射极分别相连，第二直流电容(Cdc2)的负极与第三直流电容(Cdc3)的正极、下箝位开关管(SL)的发射极分别相连，上箝位开关管(SH)的集电极与下箝位开关管(SL) 的集电极、A相第二续流开关管(Sa4)的集电极、B相第二续流开关管(Sb4)的集电极和C相第二续流开关管(Sc4)的集电极分别相连，A相第一续流开关管(Sa3)的发射极与A相第二续流开关管 (Sa4)的发射极相连，B相第一续流开关管(Sb3)的发射极与B 相第二续流开关管(Sb4)的发射极相连，C相第一续流开关管(Sc3) 的发射极与C相第二续流开关管(Sc4)的发射极相连，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) 的一端分别相连，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)的一端分别相连，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)的一端分别相连，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)的另一端和C相负载(Rc)的另一端分别相连于点N；
所述逆变器的控制方法包括以下步骤：
第一步：将A相正弦调制波(ura)、B相正弦调制波(urb)和 C相正弦调制波(urb)分别于三角载波(uc)交截，通过比较器得到六路预处理信号ua1'、ua2'、ub1'、ub2'、uc1'和uc2'；
第二步：通过对预处理信号的判断，将非隔离箝位型三相Heric 光伏逆变器的工作模态分为六个非续流模态和两个续流模态；
第三步：将预处理信号ua1'、ub1'和uc1'做与运算得到信号ugeL'，将预处理信号ua2'、ub2'和uc2'做与运算得到信号ugeH'，将预处理信号ua1'、ub1'和uc1'两两做同或运算得到三路信号，再将该三路信号做与运算得到信号ut'；
第四步：将信号ugeL'和信号ut'做与运算得到下箝位开关管(SL) 的驱动信号ugeL，将信号ugeH'和信号ut'做与运算得到上箝位开关管 (SH)的驱动信号ugeH，将信号ugeL'和信号ugeH'做或运算得到续流电路六路开关管(Sa3、Sa4、Sb3、Sb4、Sc3和Sc4)的驱动信号uge34；
第五步：将下箝位开关管(SL)的驱动信号ugeL取逻辑非后分别与预处理信号ua1'、ub1'和uc1'做与运算后依次得到A相上桥臂开关管(Sa1)驱动信号ugea1、B相上桥臂开关管(Sb1)驱动信号ugeb1和 C相上桥臂开关管(Sc1)驱动信号ugec1。将上箝位开关管(SH)的驱动信号ugeH取逻辑非后分别与预处理信号ua2'、ub2'和uc2'做与运算后依次得到A相下桥臂开关管(Sa2)驱动信号ugea2、B相下桥臂开关管(Sb2)驱动信号ugeb2和C相下桥臂开关管(Sc2)驱动信号ugec2。
作为本发明所述的一种非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法，优选地，第一步中，A相正弦调制波(ura)、B相正弦调制波(urb)和C相正弦调制波(urb)相位互差120°；A相正弦调制波(ura)与三角载波(uc)交截，当ura大于uc时输出高电平，当ura小于uc时输出低电平，从而得到A相上桥臂开关管(Sa1)的预处理信号ua1'，将预处理信号ua1'取逻辑非得到A相下桥臂开关管 (Sa2)的预处理信号ua2'，B相正弦调制波(urb)与三角载波(uc) 交截，当urb大于uc时输出高电平，当urb小于uc时输出低电平，从而得到B相上桥臂开关管(Sb1)的预处理信号ub1'，将预处理信号ub1' 取逻辑非得到B相下桥臂开关管(Sb2)的预处理信号ub2'，C相正弦调制波(urc)与三角载波(uc)交截，当urc大于uc时输出高电平，当urc小于uc时输出低电平，从而得到C相上桥臂开关管(Sc1)的预处理信号uc1'，将预处理信号uc1'取逻辑非得到C相下桥臂开关管 (Sc2)的预处理信号uc2'。
作为本发明所述的一种非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法，优选地，第二步中，当逆变器工作于非续流模态时，A 相上桥臂开关管(Sa1)、A相下桥臂开关管(Sa2)、B相上桥臂开关管(Sb1)、B相下桥臂开关管(Sb2)、C相上桥臂开关管(Sc1) 和C相下桥臂开关管(Sc2)按SPWM控制方式进行导通和关断，上箝位开关管(SH)、下箝位开关管(SL)和续流电路六路开关管 (Sa3、Sa4、Sb3、Sb4、Sc3和Sc4)均处于关断状态。
作为本发明所述的一种非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法，优选地，第二步中，当逆变器工作于非续流模态时，A 相上桥臂开关管(Sa1)驱动信号ugea1和A相下桥臂开关管(Sa2)驱动信号ugea2相反，B相上桥臂开关管(Sb1)驱动信号ugeb1和B相下桥臂开关管(Sb2)驱动信号ugeb2相反，C相上桥臂开关管(Sc1)驱动信号ugec1和C相下桥臂开关管(Sc2)驱动信号ugec2相反。
作为本发明所述的一种非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法，优选地，第二步中，当逆变器工作于续流模态时，三相桥臂六开关管(Sa1、Sa2、Sb1、Sb2、Sc1和Sc2)均关断，续流电路六路开关管(Sa3、Sa4、Sb3、Sb4、Sc3和Sc4)均导通，箝位电路上下箝位开关管(SH和SL)选择性导通。选择性导通的具体方案是：若A相上桥臂开关管(Sa1)的预处理信号ua1'、B相上桥臂开关管 (Sb1)的预处理信号ub1'和C相上桥臂开关管(Sc1)的预处理信号uc1'同时为高电平，则下箝位开关管(SL)导通，若A相下桥臂开关管(Sa2)的预处理信号ua2'、B相下桥臂开关管(Sb2)的预处理信号ub2'和C相下桥臂开关管(Sc2)的预处理信号uc2'同时为高电平，则上箝位开关管(SH)导通。
作为本发明所述的一种非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法，优选地，当逆变器使用该方法控制时，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，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。
作为本发明所述的一种非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法，优选地，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，M1＝Z表示A相上下桥臂开关管均关断；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，M2＝Z表示B相上下桥臂开关管均关断；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，M3＝Z表示C相上下桥臂开关管均关断；M4表示箝位电路上下箝位开关管的开关状态，M4＝1表示上箝位开关管导通且下箝位开关管关断，M4＝0表示上箝位开关管关断且下箝位开关管导通， M4＝Z表示上下箝位开关管均关断；M5表示续流电路六开关管的开关状态，M5＝1表示续流电路六开关管均导通，M5＝0表示续流电路六开关管均关断；
因此逆变器6个非续流开关模态分别为[1,0,0,Z,0]、[1,1,0,Z,0]、 [0,1,0,Z,0]、[0,1,1,Z,0]、[0,0,1,Z,0]和[1,0,1,Z,0]，2个续流开关模态分别为[Z,Z,Z,1,1]和[Z,Z,Z,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，一种非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器拓扑三相续流电路的加入，使逆变器在续流阶段电流不流经直流电源，省去了能量的回馈，提高了逆变器的转换效率；箝位电路的加入，使得续流阶段逆变器共模电压被箝位为直流输入电压的1/3和2/3，减小共模电压幅值，通过对上下箝位开关管的选择性导通，使得共模回路中共模电压的频率为三角载波频率的三倍，增大了回路中滤波电感的阻抗，从而抑制了光伏逆变器的漏电流，确保使用时人员和设备的安全。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器拓扑主电路结构图。
图2为非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器控制信号产生原理图。
图3为非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器驱动信号时序图。
图4为非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器模态一的示意图。
图5为非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器模态二的示意图。
图6为非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器模态三的示意图。
图7为非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器模态四的示意图。
图8为非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器模态五的示意图。
图9为非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器模态六的示意图。
图10为非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器模态七的示意图。
图11为非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器模态八的示意图。
图12为非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器共模电压示意图。
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说明：
本发明的技术解决方案是提出一种非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法，所述逆变器结构如图1所示，包括太阳能光伏电池、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，还包括三相续流电路和箝位电路；传统三相桥式逆变电路包括A相上桥臂开关管(Sa1)、A相下桥臂开关管(Sa2)、B 相上桥臂开关管(Sb1)、B相下桥臂开关管(Sb2)、C相上桥臂开关管(Sc1)和C相下桥臂开关管(Sc2)；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A相第一续流开关管(Sa3)、A相第二续流开关管(Sa4)、B相第一续流开关管(Sb3)、B相第二续流开关管(Sb4)、 C相第一续流开关管(Sc3)和C相第二续流开关管(Sc4)；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(SH)和下箝位开关管(SL)；其中太阳能光伏电池(UPV)的正极与第一直流电容(Cdc1)的正极、A 相上桥臂开关管(Sa1)的集电极、B相上桥臂开关管(Sb1)的集电极和C相上桥臂开关管(Sc1)的集电极分别相连，太阳能光伏电池 (UPV)的负极与第三直流电容(Cdc3)的负极、A相下桥臂开关管(Sa2)的发射极、B相下桥臂开关管(Sb2)的发射极和C相下桥臂开关管(Sc2)的发射极分别相连于点Q，A相上桥臂开关管(Sa1) 的发射极与A相下桥臂开关管(Sa2)的集电极、A相滤波电感(Lfa) 的一端和A相第一续流开关管(Sa3)的集电极分别相连于点A，B 相上桥臂开关管(Sb1)的发射极与B相下桥臂开关管(Sb2)的集电极、B相滤波电感(Lfb)的一端和B相第一续流开关管(Sb3)的集电极分别相连于点B，C相上桥臂开关管(Sc1)的发射极与C相下桥臂开关管(Sc2)的集电极、C相滤波电感(Lfc)的一端和C 相第一续流开关管(Sc3)的集电极分别相连于点C，第一直流电容 (Cdc1)的负极与第二直流电容(Cdc2)的正极、上箝位开关管(SH) 的发射极分别相连，第二直流电容(Cdc2)的负极与第三直流电容 (Cdc3)的正极、下箝位开关管(SL)的发射极分别相连，上箝位开关管(SH)的集电极与下箝位开关管(SL)的集电极、A相第二续流开关管(Sa4)的集电极、B相第二续流开关管(Sb4)的集电极和C相第二续流开关管(Sc4)的集电极分别相连，A相第一续流开关管(Sa3)的发射极与A相第二续流开关管(Sa4)的发射极相连， B相第一续流开关管(Sb3)的发射极与B相第二续流开关管(Sb4) 的发射极相连，C相第一续流开关管(Sc3)的发射极与C相第二续流开关管(Sc4)的发射极相连，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)的一端分别相连，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)的一端分别相连，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)的一端分别相连，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)的另一端和C相负载(Rc)的另一端分别相连于点N；
所述逆变器的控制方法如图2和图3所示，该方法包括以下步骤：
第一步：将A相正弦调制波(ura)、B相正弦调制波(urb)和 C相正弦调制波(urb)分别于三角载波(uc)交截，通过比较器得到六路预处理信号ua1'、ua2'、ub1'、ub2'、uc1'和uc2'；
第二步：通过对预处理信号的判断，将非隔离箝位型三相Heric 光伏逆变器的工作模态分为六个非续流模态和两个续流模态；
第三步：将预处理信号ua1'、ub1'和uc1'做与运算得到信号ugeL'，将预处理信号ua2'、ub2'和uc2'做与运算得到信号ugeH'，将预处理信号ua1'、ub1'和uc1'两两做同或运算得到三路信号，再将该三路信号做与运算得到信号ut'；
第四步：将信号ugeL'和信号ut'做与运算得到下箝位开关管(SL) 的驱动信号ugeL，将信号ugeH'和信号ut'做与运算得到上箝位开关管 (SH)的驱动信号ugeH，将信号ugeL'和信号ugeH'做或运算得到续流电路六路开关管(Sa3、Sa4、Sb3、Sb4、Sc3和Sc4)的驱动信号uge34；
第五步：将下箝位开关管(SL)的驱动信号ugeL取逻辑非后分别与预处理信号ua1'、ub1'和uc1'做与运算后依次得到A相上桥臂开关管(Sa1)驱动信号ugea1、B相上桥臂开关管(Sb1)驱动信号ugeb1和 C相上桥臂开关管(Sc1)驱动信号ugec1。将上箝位开关管(SH)的驱动信号ugeH取逻辑非后分别与预处理信号ua2'、ub2'和uc2'做与运算后依次得到A相下桥臂开关管(Sa2)驱动信号ugea2、B相下桥臂开关管(Sb2)驱动信号ugeb2和C相下桥臂开关管(Sc2)驱动信号ugec2。
图3给出了本发明所述控制方法中开关管的驱动信号时序图，图中从上至下波形分别为：A相上桥臂开关管Sa1栅极与发射极间电压波形ugea1；A相下桥臂开关管Sa2栅极与发射极间电压波形ugea2；B 相上桥臂开关管Sb1栅极与发射极间电压波形ugeb1；B相下桥臂开关管Sb2栅极与发射极间电压波形ugeb2；C相上桥臂开关管Sc1栅极与发射极间电压波形ugec1；C相下桥臂开关管Sc2栅极与发射极间电压波形ugec2；上箝位开关管SH栅极与发射极间电压波形ugeH；下箝位开关管SL栅极与发射极间电压波形ugeL；续流电路六个开关管Sa3、Sa4、 Sb3、Sb4、Sc3和Sc4栅极与发射极间电压波形uge34。
另外，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，M1＝Z表示A相上下桥臂开关管均关断；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，M2＝Z表示B相上下桥臂开关管均关断；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， M3＝Z表示C相上下桥臂开关管均关断；M4表示箝位电路上下箝位开关管的开关状态，M4＝1表示上箝位开关管导通且下箝位开关管关断，M4＝0表示上箝位开关管关断且下箝位开关管导通， M4＝Z表示上下箝位开关管均关断；M5表示续流电路六开关管的开关状态，M5＝1表示续流电路六开关管均导通，M5＝0表示续流电路六开关管均关断。
因此逆变器6个非续流开关模态分别为[1,0,0,Z,0]、[1,1,0,Z,0]、 [0,1,0,Z,0]、[0,1,1,Z,0]、[0,0,1,Z,0]和[1,0,1,Z,0]，2个续流开关模态分别为[Z,Z,Z,1,1]和[Z,Z,Z,0,1]。各模态如附图4至图11所示，以下简要分析逆变器在各模态的工作原理：
模态一：如图4所示，逆变器开关状态为[1,0,0,Z,0]，开关管Sa1、 Sb2和Sc2的栅极与发射极间电压为高电平，Sa1、Sb2和Sc2处于导通状态；开关管Sa2、Sb1、Sc1、Sa3、Sa4、Sb3、Sb4、Sc3、Sc4、SH和 SL的栅极与发射极间电压为低电平，Sa2、Sb1、Sc1、Sa3、Sa4、Sb3、 Sb4、Sc3、Sc4、SH和SL处于关断状态。电流从电源正极流出，流经 Sa1—Lfa—Ra—中点N—Rb、Rc—Lfb、Lfc—Sb2、Sc2，组后流回电源负极。此时uAQ＝UPV，uBQ＝uCQ＝0，故共模电压 ucm＝(uAQ+uBQ+uCQ)/3＝UPV/3。
模态二：如图5所示，逆变器开关状态为[1,1,0,Z,0]，开关管Sa1、 Sb1和Sc2的栅极与发射极间电压为高电平，Sa1、Sb1和Sc2处于导通状态；开关管Sa2、Sb2、Sc1、Sa3、Sa4、Sb3、Sb4、Sc3、Sc4、SH和SL的栅极与发射极间电压为低电平，Sa2、Sb2、Sc1、Sa3、Sa4、Sb3、Sb4、 Sc3、Sc4、SH和SL处于关断状态。电流从电源正极流出，流经Sa1、 Sb1—Lfa、Lfb—Ra、Rb—中点N—Rc—Lfc—Sc2，组后流回电源负极。此时uAQ＝uBQ＝UPV，uCQ＝0，故共模电压 ucm＝(uAQ+uBQ+uCQ)/3＝2UPV/3。
模态三：如图6所示，逆变器开关状态为[0,1,0,Z,0]，开关管Sa2、 Sb1和Sc2的栅极与发射极间电压为高电平，Sa2、Sb1和Sc2处于导通状态；开关管Sa1、Sb2、Sc1、Sa3、Sa4、Sb3、Sb4、Sc3、Sc4、SH和 SL的栅极与发射极间电压为低电平，Sa1、Sb2、Sc1、Sa3、Sa4、Sb3、 Sb4、Sc3、Sc4、SH和SL处于关断状态。电流从电源正极流出，流经 Sb1—Lfb—Rb—中点N—Ra、Rc—Lfa、Lfc—Sa2、Sc2，组后流回电源负极。此时uAQ＝uCQ＝0，uBQ＝UPV，故共模电压 ucm＝(uAQ+uBQ+uCQ)/3＝UPV/3。
模态四：如图7所示，逆变器开关状态为[0,1,1,Z,0]，开关管Sa2、 Sb1和Sc1的栅极与发射极间电压为高电平，Sa2、Sb1和Sc1处于导通状态；开关管Sa1、Sb2、Sc2、Sa3、Sa4、Sb3、Sb4、Sc3、Sc4、SH和SL的栅极与发射极间电压为低电平，Sa1、Sb2、Sc2、Sa3、Sa4、Sb3、Sb4、 Sc3、Sc4、SH和SL处于关断状态。电流从电源正极流出，流经Sb1、 Sc1—Lfb、Lfc—Rb、Rc—中点N—Ra—Lfa—Sa2，组后流回电源负极。此时uAQ＝0，uBQ＝uCQ＝UPV，故共模电压 ucm＝(uAQ+uBQ+uCQ)/3＝2UPV/3。
模态五：如图8所示，逆变器开关状态为[0,0,1,Z,0]，开关管Sa2、 Sb2和Sc1的栅极与发射极间电压为高电平，Sa2、Sb2和Sc1处于导通状态；开关管Sa1、Sb1、Sc2、Sa3、Sa4、Sb3、Sb4、Sc3、Sc4、SH和 SL的栅极与发射极间电压为低电平，Sa1、Sb1、Sc2、Sa3、Sa4、Sb3、 Sb4、Sc3、Sc4、SH和SL处于关断状态。电流从电源正极流出，流经 Sc1—Lfc—Rc—中点N—Ra、Rb—Lfa、Lfb—Sa2、Sb2，组后流回电源负极。此时uAQ＝uBQ＝0，uCQ＝UPV，故共模电压 ucm＝(uAQ+uBQ+uCQ)/3＝UPV/3。
模态六：如图9所示，逆变器开关状态为[1,0,1,Z,0]，开关管Sa1、 Sb2和Sc1的栅极与发射极间电压为高电平，Sa1、Sb2和Sc1处于导通状态；开关管Sa2、Sb1、Sc2、Sa3、Sa4、Sb3、Sb4、Sc3、Sc4、SH和SL的栅极与发射极间电压为低电平，Sa2、Sb1、Sc2、Sa3、Sa4、Sb3、Sb4、 Sc3、Sc4、SH和SL处于关断状态。电流从电源正极流出，流经Sa1、 Sc1—Lfa、Lfc—Ra、Rc—中点N—Rb—Lfb—Sb2，组后流回电源负极。此时uAQ＝uCQ＝UPV，uBQ＝0，故共模电压 ucm＝(uAQ+uBQ+uCQ)/3＝2UPV/3。
模态七：如图10所示，逆变器开关状态为[Z,Z,Z,1,1]。一旦开关管Sa2、Sb2和Sc2的栅极与发射极间电压同时为高电平，Sa2、Sb2和 Sc2处于导通状态，那么开关管Sa1、Sa2、Sb1、Sb2、Sc1、Sc2需要立即关断，续流开关管Sa3、Sa4、Sb3、Sb4、Sc3和Sc4及上箝位开关管SH导通，电流进入续流阶段。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，这里以模态一进入模态七为例，其他情况类似。此时，电感电流续流，电流依次流经Lfa—Ra—中点N—Rb、Rc—Lfb、Lfc—Sb3、Sc3—Sb4(体二极管)、Sc4(体二极管)—Sa4— Sa3(体二极管)。续流阶段，太阳能电池板与电网断开，上箝位开关管SH导通使A、B和C三点的电位被箝位于输入电压的2/3，此时uAQ＝uBQ＝uCQ＝2UPV/3，故共模电压 ucm＝(uAQ+uBQ+uCQ)/3＝2UPV/3。
模态八：如图11所示，逆变器开关状态为[Z,Z,Z,0,1]。一旦开关管Sa1、Sb1和Sc1的栅极与发射极间电压同时为高电平，Sa1、Sb1和 Sc1处于导通状态，那么开关管Sa1、Sa2、Sb1、Sb2、Sc1、Sc2需要立即关断，续流开关管Sa3、Sa4、Sb3、Sb4、Sc3和Sc4及下箝位开关管 SL导通，电流进入续流阶段。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，这里以模态二进入模态八为例，其他情况类似。此时，电感电流续流，电流依次流经Lfa、Lfb—Ra、Rb—中点 N—Rc—Lfc—Sc3—Sb4(体二极管)—Sa4、Sb4—Sa3(体二极管)、 Sb3(体二极管)。续流阶段，太阳能电池板与电网断开，下箝位开关管SL导通使A、B和C三点的电位被箝位于输入电压的1/3，此时uAQ＝uBQ＝uCQ＝UPV/3，故共模电压 ucm＝(uAQ+uBQ+uCQ)/3＝UPV/3。
结合图3给出的本发明所述逆变器控制方法中开关管的驱动信号时序图和八种不同的开关模态，从零时刻开始，具体模态切换过程依次为：模态七[Z,Z,Z,1,1]—模态五[0,0,1,Z,0]—模态六[1,0,1,Z,0] —模态八[Z,Z,Z,0,1]—模态六[1,0,1,Z,0]—模态一[1,0,0,Z,0]—模态七 [Z,Z,Z,1,1]—模态一[1,0,0,Z,0]—模态二[1,1,0,Z,0]—模态八[Z,Z,Z,0,1] —模态二[1,1,0,Z,0]—模态三[0,1,0,Z,0]—模态七[Z,Z,Z,1,1]—模态三[0,1,0,Z,0]—模态四[0,1,1,Z,0]—模态八[Z,Z,Z,0,1]—模态四[0,1,1,Z,0] —模态五[0,0,1,Z,0]—模态七[Z,Z,Z,1,1]。
图12给出了本发明所述控制方法中共模电压示意图，从图中可以看出，共模电压为方波，且方波的上峰值为2UPV/3，下峰值为 UPV/3，频率为三角载波频率的三倍。
由以上分析可知，由于逆变器续流回路电压分别被箝位于输入电压的三分之一和三分之二，使得逆变器在整个逆变周期内共模电压幅值变化从传统三相桥式逆变器的0～UPV降低为UPV/3～2UPV/3，并且由于上下箝位开关管的选择性导通，使得整个逆变周期内共模电压的频率为三角载波频率的三倍，增加了共模回路中滤波电感的阻抗。由于共模电压幅值的减小和频率的增加，可使得共模回路中漏电流得到有效抑制，降低了***的电磁干扰，提高了电能质量，减小了电网的畸变率，并且保障了人员与设备的安全。
综上所述，本发明解决了非隔离三相光伏逆变器漏电流大、变换效率低等技术问题，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 (7)

1.一种非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法，其特征在于：
逆变器拓扑包括太阳能光伏电池、传统三相桥式逆变电路、三相输出滤波电路、三相负载、三相续流电路和箝位电路；传统三相桥式逆变电路包括A相上桥臂开关管Sa1、A相下桥臂开关管Sa2、B相上桥臂开关管Sb1、B相下桥臂开关管Sb2、C相上桥臂开关管Sc1和C相下桥臂开关管Sc2；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A相第一续流开关管Sa3、A相第二续流开关管Sa4、B相第一续流开关管Sb3、B相第二续流开关管Sb4、C相第一续流开关管Sc3和C相第二续流开关管Sc4；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SH和下箝位开关管SL；其中太阳能光伏电池UPV的正极与第一直流电容Cdc1的正极、A相上桥臂开关管Sa1的集电极、B相上桥臂开关管Sb1的集电极和C相上桥臂开关管Sc1的集电极分别相连，太阳能光伏电池UPV的负极与第三直流电容Cdc3的负极相连接于点Q、A相下桥臂开关管Sa2的发射极、B相下桥臂开关管Sb2的发射极和C相下桥臂开关管Sc2的发射极相连于点Q，A相上桥臂开关管Sa1的发射极与A相下桥臂开关管Sa2的集电极、A相滤波电感Lfa的一端和A相第一续流开关管Sa3的集电极分别相连于点A，B相上桥臂开关管Sb1的发射极与B相下桥臂开关管Sb2的集电极、B相滤波电感Lfb的一端和B相第一续流开关管Sb3的集电极分别相连于点B，C相上桥臂开关管Sc1的发射极与C相下桥臂开关管Sc2的集电极、C相滤波电感Lfc的一端和C相第一续流开关管Sc3的集电极分别相连于点C，第一直流电容Cdc1的负极与第二直流电容Cdc2的正极、上箝位开关管SH的发射极分别相连，第二直流电容Cdc2的负极与第三直流电容Cdc3的正极、下箝位开关管SL的发射极分别相连，上箝位开关管SH的集电极与下箝位开关管SL的集电极、A相第二续流开关管Sa4的集电极、B相第二续流开关管Sb4的集电极和C相第二续流开关管Sc4的集电极分别相连，A相第一续流开关管Sa3的发射极与A相第二续流开关管Sa4的发射极相连，B相第一续流开关管Sb3的发射极与B相第二续流开关管Sb4的发射极相连，C相第一续流开关管Sc3的发射极与C相第二续流开关管Sc4的发射极相连，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的一端分别相连，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的一端分别相连，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的一端分别相连，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的另一端和C相负载Rc的另一端分别相连于点N；
所述控制方法包括以下步骤：
第一步：将A相正弦调制波ura、B相正弦调制波urb和C相正弦调制波urb分别于三角载波uc交截，通过比较器得到六路预处理信号ua1'、ua2'、ub1'、ub2'、uc1'和uc2'；
第二步：通过对预处理信号的判断，将非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的工作模态分为六个非续流模态和两个续流模态；
第三步：将预处理信号ua1'、ub1'和uc1'做与运算得到信号ugeL'，将预处理信号ua2'、ub2'和uc2'做与运算得到信号ugeH'，将预处理信号ua1'、ub1'和uc1'两两做同或运算得到三路信号，再将该三路信号做与运算得到信号ut'；
第四步：将信号ugeL'和信号ut'做与运算得到下箝位开关管SL的驱动信号ugeL，将信号ugeH'和信号ut'做与运算得到上箝位开关管SH的驱动信号ugeH，将信号ugeL和信号ugeH做或运算得到续流电路六路开关管Sa3、Sa4、Sb3、Sb4、Sc3和Sc4的驱动信号uge34；
第五步：将下箝位开关管SL的驱动信号ugeL取逻辑非后分别与预处理信号ua1'、ub1'和uc1'做与运算后依次得到A相上桥臂开关管Sa1驱动信号ugea1、B相上桥臂开关管Sb1驱动信号ugeb1和C相上桥臂开关管Sc1驱动信号ugec1；将上箝位开关管SH的驱动信号ugeH取逻辑非后分别与预处理信号ua2'、ub2'和uc2'做与运算后依次得到A相下桥臂开关管Sa2驱动信号ugea2、B相下桥臂开关管Sb2驱动信号ugeb2和C相下桥臂开关管Sc2驱动信号ugec2。
2.根据权利要求1所述的非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法，其特征在于：所述第一步中，A相正弦调制波ura、B相正弦调制波urb和C相正弦调制波urb相位互差120°；A相正弦调制波ura与三角载波uc交截，当ura大于uc时输出高电平，当ura小于uc时输出低电平，从而得到A相上桥臂开关管Sa1的预处理信号ua1'，将预处理信号ua1'取逻辑非得到A相下桥臂开关管Sa2的预处理信号ua2'，B相正弦调制波urb与三角载波uc交截，当urb大于uc时输出高电平，当urb小于uc时输出低电平，从而得到B相上桥臂开关管Sb1的预处理信号ub1'，将预处理信号ub1'取逻辑非得到B相下桥臂开关管Sb2的预处理信号ub2'，C相正弦调制波urc与三角载波uc交截，当urc大于uc时输出高电平，当urc小于uc时输出低电平，从而得到C相上桥臂开关管Sc1的预处理信号uc1'，将预处理信号uc1'取逻辑非得到C相下桥臂开关管Sc2的预处理信号uc2'。
3.根据权利要求1所述的非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法，其特征在于：所述第二步中，当逆变器工作于非续流模态时，A相上桥臂开关管Sa1、A相下桥臂开关管Sa2、B相上桥臂开关管Sb1、B相下桥臂开关管Sb2、C相上桥臂开关管Sc1和C相下桥臂开关管Sc2按SPWM控制方式进行导通和关断，上箝位开关管SH、下箝位开关管SL和续流电路六路开关管Sa3、Sa4、Sb3、Sb4、Sc3和Sc4均处于关断状态。
4.根据权利要求3所述的非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法，其特征在于：所述第二步中，当逆变器工作于非续流模态时，A相上桥臂开关管Sa1驱动信号ugea1和A相下桥臂开关管Sa2驱动信号ugea2相反，B相上桥臂开关管Sb1驱动信号ugeb1和B相下桥臂开关管Sb2驱动信号ugeb2相反，C相上桥臂开关管Sc1驱动信号ugec1和C相下桥臂开关管Sc2驱动信号ugec2相反。
5.根据权利要求3所述的非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法，其特征在于：所述第二步中，当逆变器工作于续流模态时，三相桥臂六开关管Sa1、Sa2、Sb1、Sb2、Sc1和Sc2均关断，续流电路六路开关管Sa3、Sa4、Sb3、Sb4、Sc3和Sc4均导通，箝位电路上下箝位开关管SH和SL选择性导通；选择性导通的具体方案是：若A相上桥臂开关管Sa1的预处理信号ua1'、B相上桥臂开关管Sb1的预处理信号ub1'和C相上桥臂开关管Sc1的预处理信号uc1'同时为高电平，则下箝位开关管SL导通，若A相下桥臂开关管Sa2的预处理信号ua2'、B相下桥臂开关管Sb2的预处理信号ub2'和C相下桥臂开关管Sc2的预处理信号uc2'同时为高电平，则上箝位开关管SH导通。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法，其特征在于：当逆变器使用该方法控制时，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，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。
7.根据权利要求1至5任意一项所述的非隔离箝位型三相Heric光伏逆变器的控制方法，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，M1＝Z表示A相上下桥臂开关管均关断；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，M2＝Z表示B相上下桥臂开关管均关断；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，M3＝Z表示C相上下桥臂开关管均关断；M4表示箝位电路上下箝位开关管的开关状态，M4＝1表示上箝位开关管导通且下箝位开关管关断，M4＝0表示上箝位开关管关断且下箝位开关管导通，M4＝Z表示上下箝位开关管均关断；M5表示续流电路六开关管的开关状态，M5＝1表示续流电路六开关管均导通，M5＝0表示续流电路六开关管均关断；
因此逆变器6个非续流开关模态分别为[1,0,0,Z,0]、[1,1,0,Z,0]、[0,1,0,Z,0]、[0,1,1,Z,0]、[0,0,1,Z,0]和[1,0,1,Z,0]，2个续流开关模态分别为[Z,Z,Z,1,1]和[Z,Z,Z,0,1]。
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