单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器的控制方法技术

本发明专利技术提出了一种单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器的控制方法，首先将三路幅值相同但相位互差120°的正弦调制波与三角载波比较得到六路预处理信号，然后根据六路预处理信号判断当前状态下逆变器应当处于何种工作模态，最后对六路预处理信号进行逻辑运算得到十个开关管的控制信号。本发明专利技术通过有选择地控制箝位开关管的通断，可以得到逆变器共模电压的低频和高频两种控制方案，这两种控制方案都将共模电压固定在直流输入电压的1/3或2/3处，减小了共模电压的波动，有效抑制了漏电流，但在高频控制方案下，逆变器共模回路阻抗更大，漏电流抑制能力更强。

【技术实现步骤摘要】
单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器的控制方法
本专利技术涉及一种单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器的控制方法，属于电力电子直流-交流变换

技术介绍
太阳能光伏发电是最具前景的可再生能源应用之一，可以满足人类未来的能源需求并克服环境污染问题。在光伏发电系统中，逆变器是不可或缺的实体之一，它通常配备有高频或工频变压器，变压器的存在实现了光伏电池板和电网之间的电气隔离，对保障人身安全起着至关重要的作用。另外，变压器的使用使注入电网的直流分量有所减少，有助于改善电网的电能质量。但是，变压器的存在降低了系统的转换效率，增加了整个系统的尺寸、重量和成本。无变压器型逆变器因其具有体积小，重量轻，成本低和效率高等特点，近年来逐渐成为国内外研究的热点。然而，光伏电池板和大地之间存在杂散的寄生电容，由于缺乏变压器的电气隔离作用，高频变化的共模电压作用在寄生电容上会引起漏电流。漏电流会引起电磁干扰，影响电能输出质量，甚至导致设备损坏和危害人身安全。因此，根据德国VDE-0126-1-1标准，漏电流的数值必须被限制在一定的范围内。专利号为2018101449285的中国专利已经公开了一种十开关箝位型三相非隔离光伏逆变器的控制方法，该控制方法是针对十开关箝位型三相非隔离光伏逆变器拓扑结构的，由于不同拓扑结构里开关管的位置和功能是不同的，因而这些开关的控制方式必然有差异。上述控制方法需要选择开通三个桥臂的上开关管或下开关管，而且只有低频控制方案。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术中三相光伏逆变器在漏电流抑制技术方面的的不足而提供一种单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器的控制方法，该方法具有共模电压低频和高频两种方法，这两种方法均可以降低逆变器的共模电压变化范围，有效抑制漏电流，保障设备和人身安全。本专利技术提供一种单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器的控制方法，所述逆变器包括光伏电池板、传统三相全桥逆变电路、三相输出LC滤波电路、三相负载、直流母线隔离开关管和箝位电路；所述传统三相全桥逆变电路包括A相上桥臂开关管、A相下桥臂开关管、B相上桥臂开关管、B相下桥臂开关管、C相上桥臂开关管和C相下桥臂开关管；所述箝位电路包括第一直流电容、第二直流电容、第三直流电容、第一箝位开关管、第二箝位开关管和第三箝位开关管；所述光伏电池板的正极分别与第一直流电容的正极、直流母线隔离开关管的集电极相连，所述光伏电池板的负极与第三直流电容的负极、A相下桥臂开关管的发射极、B相下桥臂开关管的发射极、C相下桥臂开关管的发射极相连于点Q，所述第一直流电容的负极分别与第二直流电容的正极、第二箝位开关管的发射极相连，所述第二直流电容的负极分别与第三直流电容的正极、第三箝位开关管的发射极相连，所述直流母线隔离开关管的发射极分别与第一箝位开关管的发射极、第三箝位开关管的集电极、A相上桥臂开关管的集电极、B相上桥臂开关管的集电极、C相上桥臂开关管的集电极相连，所述第二箝位开关管的集电极与第一箝位开关管的集电极相连。本专利技术的方法包括以下步骤：第一步、将逆变器中A、B、C三路相位互差120°的正弦调制波记为ura、urb、urc，将三角载波记为uc，将三相正弦调制波ura、urb、urc与三角载波uc比较得到六路预处理信号u1、u2、u3、u4、u5和u6；第二步、通过对六路预处理信号的判断，将单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器的工作模态分为六个正常工作模态和两个续流模态；第三步、将预处理信号u6和u2做与运算后再和预处理信号u1做或运算得到A相上桥臂开关管的驱动信号ug1，将驱动信号ug1取反后得到A相下桥臂开关管的驱动信号ug4；第四步、将预处理信号u4和u2做与运算后再和预处理信号u3做或运算得到B相上桥臂开关管的驱动信号ug3，将驱动信号ug3取反后得到开关管的驱动信号ug6；第五步、将预处理信号u4和u6做与运算后再和预处理信号u5做或运算得到C相上桥臂开关管的驱动信号ug5，将驱动信号ug5取反后得到C相下桥臂开关管的驱动信号ug2；第六步、将预处理信号u1和u2、u3和u4、u5和u6分别做与运算得到三路信号，再将这三路信号做或运算得到直流母线隔离开关管的驱动信号ug7；第七步、将预处理信号u1、u3和u5做与运算得到信号ugx，将预处理信号u4、u6和u2做与运算得到信号ugy；第八步、若选择共模电压低频控制方案，则令ugx＝ug8＝ug9，ugy＝ug10，由此得到第一箝位开关管的驱动信号ug8、第二箝位开关管的驱动信号ug9和第三箝位开关管的驱动信号ug10；若选择共模电压高频控制方案，则令ugx＝ug10，ugy＝ug8＝ug9，由此得到第三箝位开关管的驱动信号ug10、第一箝位开关管的驱动信号ug8和第二箝位开关管的驱动信号ug9。本专利技术提供了共模电压的低频控制方法和高频控制方法，它们均通过正弦脉冲宽度调制(SPWM)和逻辑运算共同实现。逆变器在此两种控制方法下均具有八个工作模态，即六个正常工作模态和两个续流模态。具体地，首先将三路幅值相同但相位互差120°的正弦调制波ura、urb、urc与三角载波uc比较得到六路预处理信号u1、u2、u3、u4、u5和u6，然后根据六路预处理信号判断当前状态下逆变器应当处于何种工作模态，最后对六路预处理信号进行逻辑运算得到十个开关管的控制信号。作为本专利技术进一步优化的技术方案如下：进一步的，所述三相输出LC滤波电路包括A相滤波电感、B相滤波电感、C相滤波电感、A相滤波电容、B相滤波电容和C相滤波电容；所述三相负载包括A相负载、B相负载和C相负载。进一步的，所述A相上桥臂开关管的发射极与A相下桥臂开关管的集电极、A相滤波电感的一端相连于点A，所述B相上桥臂开关管的发射极与B相下桥臂开关管的集电极、B相滤波电感的一端相连于点B，所述C相上桥臂开关管的发射极与C相下桥臂开关管的集电极、C相滤波电感的一端相连于点C。进一步的，所述A相滤波电感的另一端分别与A相滤波电容的正极、A相负载的一端相连，所述B相滤波电感的另一端分别与B相滤波电容的正极、B相负载的一端相连，所述C相滤波电感的另一端分别与C相滤波电容的正极、C相负载的一端相连，所述A相滤波电容的负极与B相滤波电容的负极、C相滤波电容的负极、A相负载的另一端、B相负载的另一端、C相负载的另一端相连于点N(参考地)。本专利技术的逆变器在传统三相逆变器拓扑的基础上增加了一个直流母线隔离开关管和一个箝位电路。直流母线隔离开关管位于光伏电池板的正极与三相上桥臂开关管的公共点之间，为交、直流侧隔离开关管，当逆变器处于续流阶段时，它可使逆变器的交、直流侧解耦。箝位电路由三个分压电容和三个箝位开关管构成，其中分压电容将直流输入分为0、Ud/3、2Ud/3和Ud四个电压等级(Ud表示光伏电池板的输出电压)。在Ud/3电位点和上桥臂开关管公共点间加入两个箝位开关管，在2Ud/3电位点和上桥臂开关管公共点间加入一个箝位开关管，这些箝位开关管既保证了分压电容不会被短本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器的控制方法，其特征在于，所述逆变器拓扑包括光伏电池板(PV)、传统三相全桥逆变电路、三相输出LC滤波电路、三相负载、直流母线隔离开关管(S

【技术特征摘要】
1.一种单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器的控制方法，其特征在于，所述逆变器拓扑包括光伏电池板(PV)、传统三相全桥逆变电路、三相输出LC滤波电路、三相负载、直流母线隔离开关管(S7)和箝位电路；所述传统三相全桥逆变电路包括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)；所述箝位电路包括第一直流电容(C1)、第二直流电容(C2)、第三直流电容(C3)、第一箝位开关管(S8)、第二箝位开关管(S9)和第三箝位开关管(S10)；所述光伏电池板的正极分别与第一直流电容(C1)的正极、直流母线隔离开关管(S7)的集电极相连，所述光伏电池板的负极与第三直流电容(C3)的负极、A相下桥臂开关管(S4)的发射极、B相下桥臂开关管(S6)的发射极、C相下桥臂开关管(S2)的发射极相连于点Q，所述第一直流电容(C1)的负极分别与第二直流电容(C2)的正极、第二箝位开关管(S9)的发射极相连，所述第二直流电容(C2)的负极分别与第三直流电容(C3)的正极、第三箝位开关管(S10)的发射极相连，所述直流母线隔离开关管(S7)的发射极分别与第一箝位开关管(S8)的发射极、第三箝位开关管(S10)的集电极、A相上桥臂开关管(S1)的集电极、B相上桥臂开关管(S3)的集电极、C相上桥臂开关管(S5)的集电极相连，所述第二箝位开关管(S9)的集电极与第一箝位开关管(S8)的集电极相连；该控制方法包括以下步骤：
第一步、将逆变器中A、B、C三路相位互差120°的正弦调制波记为ura、urb、urc，将三角载波记为uc，将三相正弦调制波ura、urb、urc与三角载波uc比较得到六路预处理信号u1、u2、u3、u4、u5和u6；
第二步、通过对六路预处理信号的判断，将单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器的工作模态分为六个正常工作模态和两个续流模态；
第三步、将预处理信号u6和u2做与运算后再和预处理信号u1做或运算得到A相上桥臂开关管(S1)的驱动信号ug1，将驱动信号ug1取反后得到A相下桥臂开关管(S4)的驱动信号ug4；
第四步、将预处理信号u4和u2做与运算后再和预处理信号u3做或运算得到B相上桥臂开关管(S3)的驱动信号ug3，将驱动信号ug3取反后得到开关管(S6)的驱动信号ug6；
第五步、将预处理信号u4和u6做与运算后再和预处理信号u5做或运算得到C相上桥臂开关管(S5)的驱动信号ug5，将驱动信号ug5取反后得到C相下桥臂开关管(S2)的驱动信号ug2；
第六步、将预处理信号u1和u2、u3和u4、u5和u6分别做与运算得到三路信号，再将这三路信号做或运算得到直流母线隔离开关管(S7)的驱动信号ug7；
第七步、将预处理信号u1、u3和u5做与运算得到信号ugx，将预处理信号u4、u6和u2做与运算得到信号ugy；
第八步、若选择共模电压低频控制方案，则令ugx＝ug8＝ug9，ugy＝ug10，由此得到第一箝位开关管(S8)的驱动信号ug8、第二箝位开关管(S9)的驱动信号ug9和第三箝位开关管(S10)的驱动信号ug10；若选择共模电压高频控制方案，则令ugx＝ug10，ugy＝ug8＝ug9，由此得到第三箝位开关管(S10)的驱动信号ug10、第一箝位开关管(S8)的驱动信号ug8和第二箝位开关管(S9)的驱动信号ug9。


2.根据权利要求1所述单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器的控制方法，其特征在于：所述三相输出LC滤波电路包括A相滤波电感(La)、B相滤波电感(Lb)、C相滤波电感(Lc)、A相滤波电容(Ca)、B相滤波电容(Cb)和C相滤波电容(Cc)；所述三相负载包括A相负载(Ra)、B相负载(Rb)和C相负载(Rc)。


3.根据权利要求2所述单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器的控制方法，其特征在于：所述A相上桥臂开关管(S1)的发射极与A相下桥臂开关管(S4)的集电极、A相滤波电感(La)的一端相连于点A，所述B相上桥臂开关管(S3)的发射极与B相下桥臂开关管(S6)的集电极、B相滤波电感(Lb)的一端相连于点B，所述C相上桥臂开关管(S5)的发射极与C相下桥臂开关管(S2)的集电极、C相滤波电感(Lc)的一端相连于点C。


4.根据权利要求2所述单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器的控制方法，其特征在于：所述A相滤波电感(La)的另一端分别与A相滤波电容(Ca)的正极、A相负载(Ra)的一端相连，所述B相滤波电感(Lb)的另一端分别与B相滤波电容(Cb)的正极、B相负载(Rb)的一端相连，所述C相滤波电感(Lc)的另一端分别与C相滤波电容(Cc)的正极、C相负载(Rc)的一端相连，所述A相滤波电容(Ca)的负极与B相滤波电容(Cb)的负极、C相滤波电容(Cc)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)的另一端相连于点N。

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【专利技术属性】
技术研发人员：马海啸，兰摘星，应雯，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32