一种三相四桥臂光伏并网逆变器漏电流抑制方法

摘要

本发明公开一种三相四桥臂光伏并网逆变器漏电流抑制方法，其技术要点是：首先将调制波

说明书

技术领域

本发明属于电力电子变换领域，涉及直流功率输入到交流功率输出的逆变 器控制技术，尤其涉及一种三相四桥臂光伏并网逆变器漏电流抑制方法。

背景技术

非隔离型三相光伏并网逆变器体积小、效率高，具有较好的应用前景。然 而，采用传统三相四桥臂光伏并网逆变器拓扑及调制方法将导致系统出现较大 漏电流。德国VDE-0126-1-1标准规定：光伏系统漏电流峰值大于300mA，则 光伏并网逆变器必须在0.3S内从电网中切除。因为漏电流会产生诸多危害，如 引发电磁干扰，还会对人身安全构成潜在威胁，所以，解决三相四桥臂光伏并 网逆变器漏电流问题具有重要意义。

目前光伏系统漏电流解决方案之一是通过调制策略保证系统共模电压恒 定。调制策略可分为两类：空间矢量调制策略和载波调制策略。中国专利申请 号为201210108752.5，其名称为《一种减小三相PWM变流器共模电压的调制方 法》，该申请案采用空间矢量调制技术改善系统共模电压性能，虽然共模电压 减小为直流母线电压的六分之一，但无法保证共模电压恒定。中国专利申请号 为201110292043.8，其名称为《一种等小空间矢量载波调制多电平变流器控制 方法》，该申请案采用零序分量与原始调制波相加得到新调制波，然后通过与 载波比较得到开关信号。该方法虽然可以改善输出波形，降低谐波含量，但仍 无法保证系统共模电压恒定，因此无法实现漏电流的有效抑制。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种三相四桥臂光 伏并网逆变器漏电流抑制的载波调制策略，该调制策略简单易行，且能保证系 统共模电压恒定，从而使漏电流得到有效抑制。

为了实现上述发明目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种三相四桥臂光伏并网逆变器漏电流抑制方法，其内容包括如下步骤：

(1)对于三相四桥臂光伏并网逆变器漏电流抑制的载波调制策略是通过开 关信号调制方式实现，由调制波分别和三角载波V_C通过比较器1、 比较器2、比较器3得到逻辑信号S_a、S_b、S_c；

(2)将逻辑信号S_a、S_b、S_c送到比较器后的逻辑电路得到开关信号 S_1aS_2aS_1bS_2bS_1cS_2cS_1dS_2d，具体过程为：

逻辑信号S_a、S_b和S_c通过或门1得到逻辑信号a，逻辑信号S_a、S_b和S_c同 时通过与门1得到逻辑信号b，逻辑信号a和逻辑信号b通过异或门1得到逻 辑信号c，逻辑信号c通过非门1得到逻辑信号d；

逻辑信号S_a和逻辑信号d通过异或门2得到逻辑信号e，逻辑信号S_b和逻 辑信号d通过异或门3得到逻辑信号f，逻辑信号S_c和逻辑信号d通过异或门4 得到逻辑信号g；

轮流导通使能信号发生器有三种工作状态，对应三种输出状态如下：

1)轮流导通使能信号发生器在[0～T]周期内给定导通信号S_T1为1，导通信 号S_T2为0，导通信号S_T3为0；

逻辑信号e得到开关信号S_1a；

开关信号S_1a通过非门2得到开关信号S_2a；

逻辑信号S_b得到开关信号S_1b；

开关信号S_1b通过非门3得到开关信号S_2b；

逻辑信号S_c得到开关信号S_1c；

开关信号S_1c通过非门4得到开关信号S_2c；

开关信号S_1a、开关信号S_1b和开关信号S_1c通过异或门5得到开关信号S_1d；

开关信号S_1d通过非门5得到开关信号S_2d；

2)轮流导通使能信号发生器在[T～2T]周期内给定导通信号S_T1为0，导通信 号S_T2为1，导通信号S_T3为0；

逻辑信号S_a得到开关信号S_1a；

开关信号S_1a通过非门2得到开关信号S_2a；

逻辑信号f得到开关信号S_1b；

开关信号S_1b通过非门3得到开关信号S_2b；

逻辑信号S_c得到开关信号S_1c；

开关信号S_1c通过非门4得到开关信号S_2c；

开关信号S_1a、开关信号S_1b和开关信号S_1c通过异或门5得到开关信号S_1d；

开关信号S_1d通过非门5得到开关信号S_2d；

3)轮流导通使能信号发生器在[2T～3T]周期内给定导通信号S_T1为0，导通 信号S_T2为0，导通信号S_T3为1；

逻辑信号S_a得到开关信号S_1a；

开关信号S_1a通过非门2得到开关信号S_2a；

逻辑信号S_b得到开关信号S_1b；

开关信号S_1b通过非门3得到开关信号S_2b；

逻辑信号g得到开关信号S_1c；

开关信号S_1c通过非门4得到开关信号S_2c；

开关信号S_1a、开关信号S_1b和开关信号S_1c通过异或门5得到开关信号S_1d；

开关信号S_1d通过非门5得到开关信号S_2d。

开关信号调制方式属于载波调制方式，所用载波为单载波，无需判断参考 矢量所在扇区，也无需计算矢量作用时间等复杂运算；

由于采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果在于系统开 关信号生成无需复杂的空间矢量调制，开关信号生成电路仅需要基本的逻辑电 路，可采用模拟元件实现，实现过程简单易行，同时能够使系统共模电压恒定， 从而实现系统漏电流的有效抑制。

附图说明

图1为三相四桥臂光伏并网逆变器的原理图

图2为本发明提出的开关信号载波调制策略原理图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细具体的说明。

一种三相四桥臂光伏并网逆变器漏电流抑制方法：该方法内容包括如下步 骤：

(1)图1所示为三相四桥臂光伏并网逆变器的原理图，首先给出调制波$v_b^{*},v_c^{*};$

(2)图2所示为本发明提出的开关信号载波调制策略原理图，由调制波分别和三角载波V_c通过比较器1、比较器2、比较器3得到逻辑信号$S_b,S_c;$

(3)将逻辑信号S_a、S_b、S_c送到比较器后的简单逻辑电路得到开关信号 S_1aS_2aS_1bS_2bS_1cS_2cS_1dS_2d，具体过程为：

逻辑信号S_a、S_b和S_c通过或门1得到逻辑信号a，逻辑信号S_a、S_b和S_c同 时通过与门1得到逻辑信号b，逻辑信号a和逻辑信号b通过异或门1得到逻 辑信号c，逻辑信号c通过非门1得到逻辑信号d。

逻辑信号S_a和逻辑信号d通过异或门2得到逻辑信号e，逻辑信号S_b和逻 辑信号d通过异或门3得到逻辑信号f，逻辑信号S_c和逻辑信号d通过异或门4 得到逻辑信号g。

轮流导通使能信号发生器有三种工作状态，对应三种输出状态如下：

1)轮流导通使能信号发生器在[0～T]周期内给定导通信号S_T1为1，导通信 号S_T2为0，导通信号S_T3为0；

逻辑信号e得到开关信号S_1a；

开关信号S_1a通过非门2得到开关信号S_2a；

逻辑信号S_b得到开关信号S_1b；

开关信号S_1b通过非门3得到开关信号S_2b；

逻辑信号S_c得到开关信号S_1c；

开关信号S_1c通过非门4得到开关信号S_2c；

开关信号S_1a、开关信号S_1b和开关信号S_1c通过异或门5得到开关信号S_1d；

开关信号S_1d通过非门5得到开关信号S_2d；

2)轮流导通使能信号发生器在[T～2T]周期内给定导通信号S_T1为0，导通信 号S_T2为1，导通信号S_T3为0；

逻辑信号S_a得到开关信号S_1a；

开关信号S_1a通过非门2得到开关信号S_2a；

逻辑信号f得到开关信号S_1b；

开关信号S_1b通过非门3得到开关信号S_2b；

逻辑信号S_c得到开关信号S_1c；

开关信号S_1c通过非门4得到开关信号S_2c；

开关信号S_1a、开关信号S_1b和开关信号S_1c通过异或门5得到开关信号S_1d；

开关信号S_1d通过非门5得到开关信号S_2d；

3)轮流导通使能信号发生器在[2T～3T]周期内给定导通信号S_T1为0，导通 信号S_T2为0，导通信号S_T3为1；

逻辑信号S_a得到开关信号S_1a；

开关信号S_1a通过非门2得到开关信号S_2a；

逻辑信号S_b得到开关信号S_1b；

开关信号S_1b通过非门3得到开关信号S_2b；

逻辑信号g得到开关信号S_1c；

开关信号S_1c通过非门4得到开关信号S_2c；

开关信号S_1a、开关信号S_1b和开关信号S_1c通过异或门5得到开关信号S_1d；

开关信号S_1d通过非门5得到开关信号S_2d；

表1为不同开关状态与系统共模电压V_CM的关系，表1中所示开关状态由 图2中本发明提出的载波调制策略实现。

由表1可见共有8种开关状态，其中第1种和第8种是开关状态为零状态 的情况，第2种至第7种是开关状态为有效状态的情况。从表1中可以看到两 种零状态在表中分别出现3次，这是因为在000和111两种零状态出现时如果 仅改变三个桥臂中一个桥臂的开关状态，即改变了该桥臂的高低电平数，会造 成逆变器输出电压不平衡。因此通过加入简单辅助电路使三相桥臂每隔T时间 分别与逻辑信号d通过异或门得到相应的开关信号，即图2中轮流导通使能信 号发生器每隔T时间切换导通信号，分别对应A、B、C相。

综上，8种开关信号可以分为3种情况：

1)在[0～T]周期内，导通信号S_T1为1，导通信号S_T2为0，导通信号S_T3为0， 如表1中第1行和第10行所示，通过逻辑变换，将000状态变成100状态， 111状态变成011状态，表中其他状态保持不变，以第1行为例，此时主电路 的开关管对应的开关信号S_1a，S_2b，S_2c，S_1d全为1，开关信号S_2a，S_1b，S_1c，S_2d全 为0，此时V_AN=V_DN=V_dc，V_BN=V_CN=0，其中V_dc为光伏电池板两端电压，根据共模 电压计算公式：V_CM=(V_AN+V_BN+V_CN+V_DN)/4，可得共模电压V_CM=V_dc/2。同理，其它7 种开关状态下同样可以保证共模电压恒定。

2)在[T～2T]周期内，导通信号S_T1为0，导通信号S_T2为1，导通信号S_T3为0， 如表1中第2行和第11行所示，通过逻辑变换，将000状态变成010状态， 111状态变成101状态，表中其他状态保持不变，以第2行为例，此时主电路 的开关管对应的开关信号S_2a，S_1b，S_2c，S_1d全为1，开关信号S_1a，S_2b，S_1c，S_2d全 为0，此时V_AN=V_CN=0，V_BN=V_DN=V_dc，根据共模电压计算公式： V_CM=(V_AN+V_BN+V_CN+V_DN)/4，可得共模电压V_CM=V_dc/2。同理，其它7种开关状态下同 样可以保证共模电压恒定。

3)在[2T～3T]周期内给定导通信号S_T1为0，导通信号S_T2为0，导通信号S_T3为 1，如表1中第3行和第12行所示，通过逻辑变换，将000状态变成001状态， 111状态变成110状态，表中其他状态保持不变，以第3行为例，此时主电路 的开关管对应的开关信号S_2a，S_2b，S_1c，S_1d全为1，开关信号S_1a，S_1b，S_2c，S_2d全 为0，此时V_AN=V_BN=0，V_CN=V_DN=V_dc，根据共模电压计算公式： V_CM=(V_AN+V_BN+V_CN+V_DN)/4，可得共模电压V_CM=V_dc/2。同理，其它7种开关状态下同 样可以保证共模电压恒定。

不论逻辑信号S_a、S_b、S_c为0或1，通过逻辑电路进行逻辑变换，且在不 同T周期内使得导通信号S_T1，导通信号S_T2和导通信号S_T3轮流导通，并分别送 到逻辑电路，可将所有的零状态都变为有效开关状态，此时可以保证共模电压 为V_CM=(V_AN+V_BN+V_CN+V_DN)/4=V_dc/2。

综上所述，结合表1所示的开关状态和图2所示的逻辑电路，即实现系 统共模电压恒定，从而保证漏电流得到有效抑制。

表1