三相五电平逆变器漏电流抑制的载波实现方法技术

本发明专利技术公开了一种三相五电平逆变器漏电流抑制的载波实现方法。采样三相原始调制波，根据其位置，计算中间零序分量和过度零序分量，根据中间零序分量和过度零序分量的大小，确定三相原始调制波所需叠加的零序分量。将三相原始调制波和零序分量相加得到三相中间调制波。由三相中间调制波和零序分量计算分裂零序分量。由三相中间调制波和分裂零序分量得到三相修正调制波和三相分裂调制波。最后将三相修正调制波和三相分裂调制波与三相载波比较，生成PWM波控制五电平逆变器。本发明专利技术可以实现共模电压低，飞跨电容电压波动小，漏电流小等优点；由于采用载波实现，实现简单，控制便捷，易于推广到实际工程中。

Carrier realization method for leakage current suppression of three-phase five level inverter

The invention discloses a carrier wave realizing method for leakage current suppression of three-phase five level inverter. The original three-phase modulation wave, depending on its location, computing intermediate zero sequence components and over zero component according to the middle of the zero sequence component and zero sequence component over the size of the original three-phase zero sequence components determine the required modulation wave superposition. Three phase modulation wave and zero sequence component are added to get the three phase intermediate modulation wave. Calculation of split zero sequence component from three phase intermediate modulation wave and zero sequence component. Three phase modulated wave and three phase splitting modulated wave are obtained from the three phase intermediate modulation wave and the split zero sequence component. Finally, the three phase modulated wave and the three-phase split modulation wave are compared with the three-phase carrier, and the PWM wave controlled five level inverter is generated. The invention has the advantages of low common mode voltage, small fluctuation of the capacitance voltage of the flying capacitor, small leakage current, etc., which is easy to realize and easy to control, and is easy to extend to the actual project.

【技术实现步骤摘要】
三相五电平逆变器漏电流抑制的载波实现方法
本专利技术涉及光伏
，特别涉及一种三相五电平逆变器漏电流抑制的载波实现方法。
技术介绍
太阳能作为一种可再生能源，具有分布广泛、可持续、无污染的优点。光伏发电技术是有效利用太阳能资源的基本途径之一。目前，包括光伏并网在内的各种光伏发电技术已经受到了各国政府的大力支持。在光伏发电系统中，五电平逆变器相对于常用的三电平逆变器来说具有更低的开关损耗和电流纹波。在滤波元件相同的情况下具有更低的电流谐波畸变率。漏电流一直是多电平逆变器研究与设计过程中的重点与难点，由于光伏阵列存在对地电容，高频共模电压作用在寄生电容上，滤波器、电网阻抗和寄生电容组成的谐振电路阻抗很小，因此在不隔离系统回路中将产生高频的共模电流，即漏电流。漏电流的存在将降低系统的安全性、可靠性，易引起电击以及火灾。而到目前为止，鲜有专利和文献提出此问题的有效解决方法。漏电流的大小与共模电压幅值与变化频率密切相关，幅值越大，变化频率越高，漏电流越大，反之，漏电流越小。传统的五电平调制策略采用空间矢量调制(SVPWM)，需要对空间矢量图先进行区域划分，再计算基本矢量的作用时间，最后将作用时间分配给对应的矢量状态，过程复杂，工程实现难度大。文献“ANovelSVPWMAlgorithmforFive-LevelActiveNeutral-Neutral-point-ClampedConverter”,ZhanLiu,YuWang,GuojunTan,MemberIEEE,HaoLi,andYunfengZhang,《IEEETransactionsonPowerElectronics》,2016,31(5)3859-3866(“一种基于有源中点箝位五电平逆变器的新型SVPWM控制算法的研究”，《IEEE学报-电力电子期刊》，2016年第31卷第5期3859～3866页)给出了一种简化的SVPWM算法，虽然大大减少了计算量，但仍旧过于繁琐，有一定的实现难度，同时该调制策略的共模电压幅值较大，达到总直流母线电压1/6，一个载波周期内变化次数为6次；另一方面，文中也没有给出漏电流抑制和飞跨电容平衡的具体控制方案；文献“CapacitorVoltageBalancingofaFive-LevelANPCConverterUsingPhase-ShiftedPWM”，KuiWang,Member,IEEE,LieXu,Member,IEEE,ZedongZheng,Member,IEEE,andYongdongLi,Member,IEEE《IEEETransactionsonPowerElectronics》,2015，30(3)，1147-1156(“基于载波移相调制方法的五电平ANPC电容电压平衡控制”，《IEEE学报-电力电子期刊》，2015年第30卷第3期1147～1156页)提出了一种基于载波移相的飞跨电容电压平衡的控制方法，有效的实现了飞跨电容电压的平衡控制，但共模电压幅值和SVPWM相同，达到总直流母线电压的1/6，变化次数为6次，文中也没有给出漏电流抑制的具体控制方案；文献“AnovelSVPWMschemeforcommon-modevoltagereductioninfive-levelactiveNPCinverters”，QuocAnhLe，Member,IEEE,andDong-ChoonLee，Member,IEEE,《20159thInternationalConferenceonPowerElectronicsandECCEAsia(ICPE-ECCEAsia)》，2015，281-287(“一种五电平有源箝位逆变器共模电压抑制的新型SVPWM调制策略”，《2015年第九届ICPE-ECCE亚洲国际会议》，2015年281-287页)提出了一种共模电压抑制调制策略，抑制共模电压幅值为总直流母线电压的1/12，变化次数为4次，但仍有一定优化空间，且文中也没有给出漏电流抑制的具体控制方案；综上，现有的五电平逆变器控制仍然存在如下问题：1)现有调制算法共模电压幅值和变化频率较大，幅值最大为直流母线电压的1/6，且变化次数最大为6次；2)飞跨电容电压平衡控制难度大；3)没有对系统漏电流进行分析和有效控制，且调制策略使用矢量方法实现，计算复杂，不易工程实现。
技术实现思路
本专利技术为解决五电平逆变器的共模电压、飞跨电容电压平衡和漏电流的问题，提出了一种漏电流抑制的载波实现方法，可以通过载波层叠的调制方法使得逆变器在整个线性工作区内将共模电压的幅值降低到总直流母线电压的1/12，变化次数降低为2次，实现飞跨电容的平衡控制，同时保证系统漏电流降低，方法简单，易于工程应用。本专利技术的目的是这样实现的。本专利技术提供了一种三相五电平逆变器漏电流抑制的载波实现方法。本载波实现方法所涉及的三相五电平逆变器每相电路拓扑相同并为如下结构：直流母线总电压为Vdc，直流侧设置有两只串联的电容C1和电容C2，电容C1正极连接逆变器输入正极，电容C1负极与电容C2正极连接点定义为逆变器中点；逆变器每相电路包含8只开关管，即开关管Ski,i＝1,2,3......8,k＝a,b,c，其中k表示逆变器的三相电路，即a相，b相，c相；开关管Sk1、开关管Sk5、开关管Sk7、开关管Sk8、开关管Sk6、开关管Sk4相串联，开关管Sk1发射极连接开关管Sk5集电极，开关管Sk5发射极连接开关管Sk7集电极，开关管Sk7发射极连接开关管Sk8集电极，开关管Sk8发射极连接开关管Sk6集电极，开关管Sk6发射极连接开关管Sk4集电极；开关管Sk1集电极连接电容C1正极，开关管Sk4发射极连接电容C2负极，开关管Sk7集电极与开关管Sk8发射极间并联飞跨电容Cf，电容Cf正极与开关管Sk7集电极相连，开关管Sk1发射极与逆变器中点间并联开关管Sk2，开关管Sk1发射极与开关管Sk2的集电极相连，开关管Sk4集电极与逆变器中点间并联开关管Sk3，开关管Sk3发射极与开关管Sk4集电极相连，开关管Sk2发射极与开关管Sk3集电极都与逆变器中点相连；本载波实现方法包括对三相原始调制波的采样，包括以下步骤：步骤1，采样三相原始调制波Va、Vb、Vc，并根据三相原始调制波Va、Vb、Vc的位置，计算中间零序分量V01和过度零序分量V02，最终确定三相原始调制波Va、Vb、Vc所需叠加的零序分量V0；区域一：(0.66≤Va&&Vb≤-0.33&&Vc≤-0.33)||(0.33≤Va&&0.33≤Vb&&Vc≤-0.66)||(Va≤-0.33&&0.66≤Vb&&Vc≤-0.33)||(Va≤-0.66&&0.33≤Vb&&0.33≤Vc)||(Va≤-0.33&&Vb≤-0.33&&0.66≤Vc)||(0.33≤Va&&Vb≤-0.66&&0.33≤Vc)区域二：区域一以外的区域，其中，Vmax为三相原始调制波Va、Vb、Vc中的最大值，Vmin为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相五电平逆变器漏电流抑制的载波实现方法，本载波实现方法所涉及的三相五电平逆变器每相电路拓扑相同并为如下结构：直流母线总电压为Vdc，直流侧设置有两只串联的电容C1和电容C2，电容C1正极连接逆变器输入正极，电容C1负极与电容C2正极连接点定义为逆变器中点；逆变器每相电路包含8只开关管，即开关管Ski,i＝1,2,3......8,k＝a,b,c，其中k表示逆变器的三相电路，即a相，b相，c相；开关管Sk1、开关管Sk5、开关管Sk7、开关管Sk8、开关管Sk6、开关管Sk4相串联，开关管Sk1发射极连接开关管Sk5集电极，开关管Sk5发射极连接开关管Sk7集电极，开关管Sk7发射极连接开关管Sk8集电极，开关管Sk8发射极连接开关管Sk6集电极，开关管Sk6发射极连接开关管Sk4集电极；开关管Sk1集电极连接电容C1正极，开关管Sk4发射极连接电容C2负极，开关管Sk7集电极与开关管Sk8发射极间并联飞跨电容Cf，电容Cf正极与开关管Sk7集电极相连，开关管Sk1发射极与逆变器中点间并联开关管Sk2，开关管Sk1发射极与开关管Sk2的集电极相连，开关管Sk4集电极与逆变器中点间并联开关管Sk3，开关管Sk3发射极与开关管Sk4集电极相连，开关管Sk2发射极与开关管Sk3集电极都与逆变器中点相连；本载波实现方法包括对三相原始调制波的采样，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采样三相原始调制波Va、Vb、Vc，并根据三相原始调制波Va、Vb、Vc的位置，计算中间零序分量V01和过度零序分量V02，最终确定三相原始调制波Va、Vb、Vc所需叠加的零序分量V0；区域一：(0.66≤Va&&Vb≤‑0.33&&Vc≤‑0.33)||(0.33≤Va&&0.33≤Vb&&Vc≤‑0.66)||(Va≤‑0.33&&0.66≤Vb&&Vc≤‑0.33)||(Va≤‑0.66&&0.33≤Vb&&0.33≤Vc)||(Va≤‑0.33&&Vb≤‑0.33&&0.66≤Vc)||(0.33≤Va&&Vb≤‑0.66&&0.33≤Vc)，...

【技术特征摘要】
1.一种三相五电平逆变器漏电流抑制的载波实现方法，本载波实现方法所涉及的三相五电平逆变器每相电路拓扑相同并为如下结构：直流母线总电压为Vdc，直流侧设置有两只串联的电容C1和电容C2，电容C1正极连接逆变器输入正极，电容C1负极与电容C2正极连接点定义为逆变器中点；逆变器每相电路包含8只开关管，即开关管Ski,i＝1,2,3......8,k＝a,b,c，其中k表示逆变器的三相电路，即a相，b相，c相；开关管Sk1、开关管Sk5、开关管Sk7、开关管Sk8、开关管Sk6、开关管Sk4相串联，开关管Sk1发射极连接开关管Sk5集电极，开关管Sk5发射极连接开关管Sk7集电极，开关管Sk7发射极连接开关管Sk8集电极，开关管Sk8发射极连接开关管Sk6集电极，开关管Sk6发射极连接开关管Sk4集电极；开关管Sk1集电极连接电容C1正极，开关管Sk4发射极连接电容C2负极，开关管Sk7集电极与开关管Sk8发射极间并联飞跨电容Cf，电容Cf正极与开关管Sk7集电极相连，开关管Sk1发射极与逆变器中点间并联开关管Sk2，开关管Sk1发射极与开关管Sk2的集电极相连，开关管Sk4集电极与逆变器中点间并联开关管Sk3，开关管Sk3发射极与开关管Sk4集电极相连，开关管Sk2发射极与开关管Sk3集电极都与逆变器中点相连；本载波实现方法包括对三相原始调制波的采样，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采样三相原始调制波Va、Vb、Vc，并根据三相原始调制波Va、Vb、Vc的位置，计算中间零序分量V01和过度零序分量V02，最终确定三相原始调制波Va、Vb、Vc所需叠加的零序分量V0；区域一：(0.66≤Va&&Vb≤-0.33&&Vc≤-0.33)||(0.33≤Va&&0.33≤Vb&&Vc≤-0.66)||(Va≤-0.33&&0.66≤Vb&&Vc≤-0.33)||(Va≤-0.66&&0.33≤Vb&&0.33≤Vc)||(Va≤-0.33&&Vb≤-0.33&&0.66≤Vc)||(0.33≤Va&&Vb≤-0.66&&0.33≤Vc)，区域二：区域一以外的区域，其中，Vmax为三相原始调制波Va、Vb、Vc中的最大值，Vmin为三相原始调制波Va、Vb、Vc中的最小值，Vmid为三相原始调制波Va、Vb、Vc中的中间值，&&表示且运算，||表示或运算；步骤2，叠加零序分量V0得到三相中间调制波Va*、Vb*、Vc*，Va*＝Va+V0，Vb*＝Vb+V0，Vc*＝Vc+V0；步骤3，根据步骤1所分区域计算分裂零序分量△V,区域一：若V0＝V01，△V＝Vmax1+Vmin1，若V0＝V02，区域二：△V＝0，其中，Vmax1为三相中间调制波Va*、Vb*、Vc*中的最大值，Vmin1为三相中间调制波Va*、Vb*、Vc*中的最小值，Vmid1为三相中间调制波Va*、Vb*、Vc*中的中间值；步骤4，叠加分裂零序分量△V得到三相修正调制波Va'、Vb'、Vc'和三相分裂调制波Va”、Vb”、Vc”，叠加原则如下：当|Vmax1|>|Vmin1|，若Vmin1为Va*，则Va'＝Va*-△V，Vb'＝Vb*，Vc'＝Vc*，Va”＝△V，Vb”＝0，Vc”＝0；若Vmin1为V...

【专利技术属性】
技术研发人员：王付胜，郑德佑，李祯，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34