非隔离型五电平逆变器及其漏电流抵制策略制造技术

本发明专利技术提供了一种非隔离型五电平逆变器及其漏电流抑制策略。非隔离型五电平逆变器包括：第一桥臂、第二桥臂、第一续流回路和第二续流回路；其中，第一桥臂并联于电池，第二桥臂并联于电池，第一续流回路分别与第一桥臂和第二桥臂连接，第二续流回路分别与第一桥臂和第二桥臂连接；在续流阶段，第一桥臂、第二桥臂、第一续流回路和/或第二续流回路中的部分开关器件导通后，所形成的电流通路能够保持非隔离型五电平逆变器的共模电压为恒定值。本发明专利技术实施例中提供了一种五电平拓扑结构和漏电流抑制策略，可以解决钳位电容电压平衡问题，在一个开关周期内，钳位电容充放电时间相等，从而保证非隔离型五电平逆变器的共模电压为恒定值。

【技术实现步骤摘要】
非隔离型五电平逆变器及其漏电流抵制策略
本专利技术涉及控制
，尤其涉及一种非隔离型五电平逆变器及其漏电流抑制策略。
技术介绍
目前,在光伏并网系统中，光伏逆变器在电能变换过程中承担着重要角色。作为光伏电池和电网的重要接口，根据逆变系统中是否含有隔离变压器，光伏并网逆变器可以分为隔离型逆变器和非隔离性逆变器。在隔离型逆变器系统中，通常在直流侧装有高频变压器或在低频侧装有低频变压器。变压器不仅对光伏电池直流电压进行升压，也隔离了直流侧和交流侧，使两者之间不存在直流回路。但是，变压器的存在使得整个系统损耗增加，效率大大降低，并且变压器体积比较大，成本比较高。非隔离型逆变器则克服了隔离型逆变系统的缺点，然而由于缺少电气隔离，非隔离系统出现了可靠性、漏电流等诸多新问题。针对非隔离型逆变系统出现的漏电流问题，国内外学者提出了许多改进的拓扑结构，主要可以分为单电感结构和对称电感结构，其中对称电感结构又可以分为直流侧旁路和交流侧旁路两种结构，较为典型的结构有H5、H6、改进型H6、混合H6和Heric等拓扑结构。近年来，各国专家与学者对低漏电流型光伏并网逆变器已经展开了大量的研究。其主要思路是:构造新的续流回路，使得在续流阶段光伏电池侧与交流电网侧断开，结合开关调制方式，把续流回路电平箝位至一固定值，即使共模电压保持不变，从而抑制漏电流的产生。申请号为102004030912B3的专利提出一种H5拓扑，在普通全桥拓扑的基础上，其直流输入端串联一个附加开关器件S5，如图1所示。通过S5的开关调制实现交流侧和直流侧的解耦，抑制漏电流的产生。正半周S1始终导通，S4和S5工作在高频调制状态，负半周与之类似。文献《一种新型单相无变压器光伏并网逆变器》提出一种H5改进拓扑，如图2所示。该逆变拓扑能够同时实现单极性调制和倍频单极性调制。采用倍频调制时，正半周S1和S6做正时序的SPWM高频调制，S4和S5做负时序的SPWM高频调制，负半周与之类似。相比单极性调制，倍频单极性调制能够降低对开关器件的速度要求，电能质量相对较高。该拓扑降低了对开关器件速度的要求，有利于器件选型，同时可以减小电流纹波，降低谐波含量。申请号为DE10221592A1的专利在在交流侧加入了由两个开关器件和两个二极管构成的续流回路，如图3所示，其作用和HB_ZVR拓扑结构中的续流回路相同。该拓扑中开关器件S1-S4承担了绝大部分的开关损耗，同时也分担了有源状态下的导通损耗。开关损耗和导通损耗均与H5拓扑相同，器件损耗分布平衡性，易于延长开关器件的工作寿命。相比全桥H4拓扑，H5拓扑仅增加了一个开关器件便达到了抑制漏电流的目的。但S5在整个电网周期始终处于高频调制状态，要承受很高的导通损耗和开关损耗，这增加了器件散热设计难度。Heric拓扑结构的主要缺点是有太多开关，从而需要更复杂的转换器。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种非隔离型五电平逆变器的漏电流抵制策略，用于解决相关技术中存在的技术问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种非隔离型五电平逆变器，包括：第一桥臂、第二桥臂、第一续流回路和第二续流回路；其中，所述第一桥臂并联于电池，所述第二桥臂并联于所述电池，所述第一续流回路分别与所述第一桥臂和所述第二桥臂连接，所述第二续流回路分别与所述第一桥臂和所述第二桥臂连接；在续流阶段，所述第一桥臂、所述第二桥臂、所述第一续流回路和/或所述第二续流回路中的部分开关器件导通后，所形成的电流通路能够保持所述非隔离型五电平逆变器的共模电压为恒定值。可选地，所述第一桥臂包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件和第一电容；所述第二桥臂包括第五开关器件、第六开关器件、第七开关器件、第八开关器件和第二电容；其中，所述第一开关器件的第一端与所述电池的正极连接，所述第一开关器件的第二端与所述第二开关器件的第一端连接；所述第二开关器件的第二端与所述第三开关器件的第一端连接；所述第三开关器件的第二端与所述第四开关器件的第一端连接，所述第四开关器件的第二端与所述电池的负极连接；所述第一电容的第一极与所述第二开关器件的第一端连接，所述第一电容的第二极与所述第三开关器件的第二端连接；所述第五开关器件的第一端与所述电池的正极连接，所述第五开关器件的第二端与所述第六开关器件的第一端连接；所述第六开关器件的第二端与所述第七开关器件的第一端连接；所述第七开关器件的第二端与所述第八开关器件的第一端连接，所述第八开关器件的第二端与所述电池的负极连接；所述第二电容的第一极与所述第六开关器件的第一端连接，所述第二电容的第二极与所述第七开关器件的第二端连接。可选地，所述第一续流回路包括第九开关器件和第十开关器件；所述第二续流回路包括第十一开关器件和第十二开关器件；其中，所述第九开关器件的第一端与所述第二开关器件的第一端连接，所述第九开关器件的第二端与所述第十开关器件的第一端连接；所述第十开关器件的第二端与所述第七开关器件的第二端连接；所述第十一开关器件的第一端与所述第三开关器件的第二端连接，所述第十一开关器件的第二端与所述第十二开关器件的第一端连接；所述第十二开关器件的第二端与所述第五开关器件的第二端连接。可选地，所述第一续流回路包括第一续流桥和第九开关器件，所述第二续流回路包括第二续流桥和第十开关器件；其中，所述第一续流桥的第一端与所述第一开关器件的第二端连接，所述第一续流桥的第三端与所述第七开关器件的第二端连接；所述第一续流桥的第二端与所述第九开关器件的第一端连接，所述第一续流桥的第四端与所述第九开关器件的第二端连接；所述第二续流桥的第一端与所述第三开关器件的第二端连接，所述第二续流桥的第三端与所述第六开关器件的第一端连接；所述第二续流桥的第二端与所述第十开关器件的第一端连接，所述第二续流桥的第四端与所述第十开关器件的第二端连接。第二方面，本专利技术实施例提供了一种非隔离型五电平逆变器的漏电流抵制策略，应用于第一方面所述的非隔离型五电平逆变器，包括：在续流阶段，分别导通所述第一桥臂、所述第二桥臂、所述第一续流回路和/或所述第二续流回路中的部分开关器件，以使形成的电流通路能够保持所述非隔离型五电平逆变器的共模电压为恒定值。可选地，所述策略还包括：在第一工作状态，分别导通所述第一桥臂和所述第二桥臂的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为电池电压VPN、所述第二桥臂的输出电压为公共电压0和所述共模电压保持为所述VPN/2；或者，在第二工作状态，分别导通所述第一桥臂和所述第二桥臂的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为3VPN/4、所述第二桥臂的输出电压为VPN/4和所述共模电压为VPN/2。可选地，所述策略还包括：在第三工作状态，分别导通所述第一桥臂、所述第二桥臂和所述第二续流回路中的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为3VPN/4、所述第二桥臂的输出电压为VPN/4和所述共模电压为VPN/2；或者，在第四工作状态，导通所述第二续流回路的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为VPN/2、所述第二桥臂的输出电压为VPN/2和所述共模电压为VPN/2。可选地，所述策略还包括：在第五工作状态，导通所述第一续流回路中的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为VP本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非隔离型五电平逆变器，其特征在于，包括：第一桥臂、第二桥臂、第一续流回路和第二续流回路；其中，所述第一桥臂并联于电池，所述第二桥臂并联于所述电池，所述第一续流回路分别与所述第一桥臂和所述第二桥臂连接，所述第二续流回路分别与所述第一桥臂和所述第二桥臂连接；在续流阶段，所述第一桥臂、所述第二桥臂、所述第一续流回路和/或所述第二续流回路中的部分开关器件导通后，所形成的电流通路能够保持所述非隔离型五电平逆变器的共模电压为恒定值。

【技术特征摘要】
1.一种非隔离型五电平逆变器，其特征在于，包括：第一桥臂、第二桥臂、第一续流回路和第二续流回路；其中，所述第一桥臂并联于电池，所述第二桥臂并联于所述电池，所述第一续流回路分别与所述第一桥臂和所述第二桥臂连接，所述第二续流回路分别与所述第一桥臂和所述第二桥臂连接；在续流阶段，所述第一桥臂、所述第二桥臂、所述第一续流回路和/或所述第二续流回路中的部分开关器件导通后，所形成的电流通路能够保持所述非隔离型五电平逆变器的共模电压为恒定值。2.根据权利要求1所述的非隔离型五电平逆变器，其特征在于，所述第一桥臂包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件和第一电容；所述第二桥臂包括第五开关器件、第六开关器件、第七开关器件、第八开关器件和第二电容；其中，所述第一开关器件的第一端与所述电池的正极连接，所述第一开关器件的第二端与所述第二开关器件的第一端连接；所述第二开关器件的第二端与所述第三开关器件的第一端连接；所述第三开关器件的第二端与所述第四开关器件的第一端连接，所述第四开关器件的第二端与所述电池的负极连接；所述第一电容的第一极与所述第二开关器件的第一端连接，所述第一电容的第二极与所述第三开关器件的第二端连接；，所述第五开关器件的第一端与所述电池的正极连接，所述第五开关器件的第二端与所述第六开关器件的第一端连接；所述第六开关器件的第二端与所述第七开关器件的第一端连接；所述第八开关器件的第二端与所述电池的负极连接；所述第二电容的第一极与所述第六开关器件的第一端连接，所述第二电容的第二极与所述第七开关器件的第二端连接。3.根据权利要求2所述的非隔离型五电平逆变器，其特征在于，所述第一续流回路包括第九开关器件和第十开关器件；所述第二续流回路包括第十一开关器件和第十二开关器件；其中，所述第九开关器件的第一端与所述第二开关器件的第一端连接，所述第九开关器件的第二端与所述第十开关器件的第一端连接；所述第十开关器件的第二端与所述第七开关器件的第二端连接；所述第十一开关器件的第一端与所述第三开关器件的第二端连接，所述第十一开关器件的第二端与所述第十二开关器件的第一端连接；所述第十二开关器件的第二端与所述第五开关器件的第二端连接。4.根据权利要求2所述的非隔离型五电平逆变器，其特征在于，所述第一续流回路包括第一续流桥和第九开关器件，所述第二续流回路包括第二续流桥和第十开关器件；其中，所述第一续流桥的第一端与所述第一开关器件的第二端连接，所述第一续流桥的第三端与所述第七开关器件的第二端连接；所述第一续流桥的第二端与所述第九开关器件的第一端连接，所述第一续流桥的第四端与所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洪亮，朱晓楠，罗安，李奎，孙仁杰，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43