基于光伏并网逆变器非均光照下的共模电流抑制方法与流程
本发明属于有源逆变器技术领域，尤其涉及一种基于光伏并网逆变器非均光照下的共模电流抑制方法。
背景技术：
光伏并网系统是指将太阳能光伏阵列产生的直流电经过并网逆变器转换为与电网电压同幅值、同频、同相的交流电，并实现与电网连接的系统。为保证使用安全，VDE4105标准对光伏并网系统共模电流有严格限制。光伏并网系统中常采用带工频或高频变压器的隔离型光伏并网逆变器，这样确保了电网和光伏系统之间的电气隔离，从而提供人身保护并避免了光伏系统和地之间的共模电流。然而，若采用工频变压器，其体积大、重量重且价格昂贵；若采用高频变压器，功率变换电路将被分成数级，使得控制复杂化，同时还降低了系统的效率。因此，效率高、体积小、重量轻的成本低的非隔离光伏并网逆变器有明显优势。但变压器的消除使得光伏系统和电网之间有了电气连接，共模电流可能会大幅增加，带来传导和辐射干扰，增加电网电流谐波以及损耗，甚至危及设备和人员安全。故低共模电流的非隔离光伏逆变器成为了研究热点之一。
一般的共模电流抑制方法可以总结为如下3种，分别为：1)采用改进型拓扑，如H5拓扑、H6拓扑等；2)采用无源滤波器，如共模电感和EMI滤波器等；3)采用新的调制方法。
目前对共模电流抑制方法的研究，均匀光照的单相拓扑的研究相对较多，非均匀光照情况下的拓扑研究较少。现有技术不能有效抑制非隔离型级联型光伏并网逆变器非均光照下共模电流的发生。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中非隔离型级联型光伏并网逆变器非均光照下不能有效抑制共模电流的不足，提供一种基于光伏并网逆变器的非均光照下共模电流抑制方法。
本发明的实施例提供了一种基于光伏并网逆变器的非均光照下共模电流抑制方法，应用于非隔离型级联光伏并网逆变器，所述非隔离型级联光伏并网逆变器包括两级光伏电池板及对应的两个H桥模块，所述H桥模块包括设置于两个桥臂上的四个开关管，其中，所述抑制方法包括：
根据两个所述光伏电池板接受光照后形成不同电压值，按照两个所述H桥模块的不同开关状态组合形成多个不同的输出电压值，根据所述不同的输出电压值建立一维空间矢量控制区域；
在所述不同开关状态组合形成多个不同的输出电压值时，计算所述光伏电池板与地之间的寄生电容电压值；
根据预输出电压值在所述一维空间矢量控制区域的位置确定最接近所述预输出电压值的两个输出电压值；
从所述两个输出电压值对应的不同开关状态组合中选择与所述寄生电容电压值相等或者最接近的两个开关状态组合，并根据所述两个开关状态组合控制两个所述H桥模块中开关管的导通与关闭。
在本发明的一个实施例中，若输入电压的基本单位为E，假设两级光伏电池板因接受不同光照条件产生3:1比例的输入电压，则级联后可形成多个不同的输出电压值为-4E、-3E、-2E、-E、0、E、2E、3E及4E。
在本发明的一个实施例中，根据所述不同的输出电压值建立一维空间矢量控制区域，包括：
分别用数字0、1、2代表每个所述H桥模块输出-Vi，0，Vi三种电压值，则用数字00、01、02、10、11、12、20、21及22分别代表所述非隔离型级联光伏并网逆变器输出的电压值-4E、-3E、-2E、-E、0、E、2E、3E及4E，由所述非隔离型级联光伏并网逆变器输出的电压值-4E、-3E、-2E、-E、0、E、2E、3E及4E与数字00、01、02、10、11、12、20、21及22的对应关系形成所述一维空间矢量控制区域。
在本发明的一个实施例中，按照两个所述H桥模块的不同开关状态组合形成多个不同的输出电压值，包括：
分别用数字0,1代表H桥模块每个开关的关断及开通状态，则产生0101,0100,0111,0110,0001,1101,0000,1111,0011,1100,0010,1110,1001,1000,1011,1010十六种状态，分别对应非隔离型级联光伏并网逆变器输出的电压值-4E、-3E、-2E、-E、0、E、2E、3E及4E。
在本发明的一个实施例中，所述非隔离型级联光伏并网逆变器包括第一并网接口电感(L1)和第二并网接口电感(L2)，假设所述第一并网接口电感(L1)和所述第二并网接口电感(L2)的电感值相等，则在所述不同开关状态组合形成多个不同的输出电压值时，计算所述光伏电池板与地之间的寄生电容电压值，包括：
其中，Vcpv1为第一光伏板与地之间的寄生电容电压值，Vcm1为第一H桥模块的共模电压，Vdm1为第一H桥模块的差模电压；
其中，Vcpv2为第二光伏板与地之间的寄生电容电压值，Vcm2为第二H桥模块的共模电压，Vdm2为第二H桥模块的差模电压。
在本发明的一个实施例中，根据所述两个开关状态组合控制两个所述H桥模块中开关管的导通与关闭，包括：
根据所述预输出电压在所述一维空间矢量控制区域中的位置，确定所述两个开关状态组合对应的开关状态占空比；
对所述两个开关状态组合对应的两个开关状态及所述开关状态占空比进行线性合成以控制两个所述H桥模块的开关管的导通与关闭。
在本发明的一个实施例中，所述占空比的计算公式为：
其中，Vref为预输出电压值，E为输入电压的基本单位，t1、t2为两种开关状态的占空比，floor为向下取整运算函数。
与现有技术相比，本发明获得的有益效果是：
(1)采用该方法用得到的控制矢量及选取的开关组合对非隔离型级联光伏并网逆变器的开关管进行控制，使寄生电容电压保持相对恒定进而提高共模电流的抑制效果。
(2)根据参考相电压选定相邻矢量并得到每个矢量在合成参考矢量中的系数的方法，可直接由计算机编程获得精确结果便于进一步对共模电流进行控制，提高逆变器效率，提高了实际应用的简便性，降低了计算难度及成本。
附图说明
为了清楚说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的一种基于光伏并网逆变器的非均光照下共模电流抑制方法的的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种非隔离型级联型光伏并网逆变器的电路示意图；
图3是本发明实施例提供的一种共模模型示意图；
图4是本发明实施例提供的一种简化共模模型示意图；
图5是本发明实施例提供的一种一维空间矢量控制区域示意图；
图6是本发明实施例提供的一种逆变器状态计算流程图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方案对本发明非隔离型级联型光伏并网逆变器非均光照下共模电流的空间矢量抑制方法作进一步详细描述。实例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的额部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
实施例一
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于光伏并网逆变器的共模电流抑制方法的的流程示意图，该方法应用于非隔离型级联光伏并网逆变器，所述非隔离型级联光伏并网逆变器包括两级光伏电池板及对应的两个H桥模块，所述H桥模块包括设置于两个桥臂上的四个开关管，其中，所述抑制方法包括：
根据两个所述光伏电池板接受光照后形成不同电压值，按照两个所述H桥模块的不同开关状态组合形成多个不同的输出电压值，根据所述不同的输出电压值建立一维空间矢量控制区域；
在所述不同开关状态组合形成多个不同的输出电压值时，计算所述光伏电池板与地之间的寄生电容电压值；
根据预输出电压值在所述一维空间矢量控制区域的位置确定最接近所述预输出电压值的两个输出电压值；
从所述两个输出电压值对应的不同开关状态组合中选择与所述寄生电容电压值相等或者最接近的两个开关状态组合，并根据所述两个开关状态组合控制两个所述H桥模块中开关管的导通与关闭。
其中，若输入电压的基本单位为E，假设两级光伏电池板因接受不同光照条件产生3:1比例的输入电压，则级联后可形成多个不同的输出电压值为-4E、-3E、-2E、-E、0、E、2E、3E及4E。
根据所述不同的输出电压值建立一维空间矢量控制区域，包括：
分别用数字0、1、2代表每个所述H桥模块输出-Vi，0，Vi三种电压值，则用数字00、01、02、10、11、12、20、21及22分别代表所述非隔离型级联光伏并网逆变器输出的电压值-4E、-3E、-2E、-E、0、E、2E、3E及4E，由所述非隔离型级联光伏并网逆变器输出的电压值-4E、-3E、-2E、-E、0、E、2E、3E及4E与数字00、01、02、10、11、12、20、21及22的对应关系形成所述一维空间矢量控制区域。
其中，按照两个所述H桥模块的不同开关状态组合形成多个不同的输出电压值，包括：
分别用数字0,1代表H桥模块每个开关的关断及开通状态，则产生0101,0100,0111,0110,0001,1101,0000,1111,0011,1100,0010,1110,1001,1000,1011,1010十六种状态，分别对应非隔离型级联光伏并网逆变器输出的电压值-4E、-3E、-2E、-E、0、E、2E、3E及4E。
其中，所述非隔离型级联光伏并网逆变器包括第一并网接口电感(L1)和第二并网接口电感(L2)，假设所述第一并网接口电感(L1)和所述第二并网接口电感(L2)的电感值相等，则在所述不同开关状态组合形成多个不同的输出电压值时，计算所述光伏电池板与地之间的寄生电容电压值，包括：
其中，Vcpv1为第一光伏板与地之间的寄生电容电压值，Vcm1为第一H桥模块的共模电压，Vdm1为第一H桥模块的差模电压；
其中，Vcpv2为第二光伏板与地之间的寄生电容电压值，Vcm2为第二H桥模块的共模电压，Vdm2为第二H桥模块的差模电压。
其中，根据所述两个开关状态组合控制两个所述H桥模块中开关管的导通与关闭，包括：
根据所述预输出电压在所述一维空间矢量控制区域中的位置，确定所述两个开关状态组合对应的开关状态占空比；
对所述两个开关状态组合对应的两个开关状态及所述开关状态占空比进行线性合成以控制两个所述H桥模块的开关管的导通与关闭。
再者，所述占空比的计算公式为：
其中，Vref为预输出电压值，E为输入电压的基本单位，t1、t2为两种开关状态的占空比，floor为向下取整运算函数。
本实施例，通过以上方法得到的控制矢量及选取的开关组合对非隔离型级联光伏并网逆变器的开关管进行控制，使寄生电容电压保持相对恒定进而提高共模电流的抑制效果，解决了现有技术中非隔离型级联型光伏并网逆变器非均光照下不能有效抑制共模电流的问题，达到了更好地抑制非隔离型级联型光伏并网逆变器非均光照下共模电流发生的效果。
实施例二
图1是本发明实施例提供的一种于光伏并网逆变器的共模电流抑制方法的的流程示意图；包括以下步骤：
步骤a，根据两个所述光伏电池板接受光照后形成不同电压值，按照两个所述H桥模块的不同开关状态组合形成多个不同的输出电压值，根据所述不同的输出电压值建立一维空间矢量控制区域；
步骤b，在所述不同开关状态组合形成多个不同的输出电压值时，计算所述光伏电池板与地之间的寄生电容电压值；
步骤c，根据预输出电压值在所述一维空间矢量控制区域的位置确定最接近所述预输出电压值的两个输出电压值；
步骤d，从所述两个输出电压值对应的不同开关状态组合中选择与所述寄生电容电压值相等或者最接近的两个开关状态组合，并根据所述两个开关状态组合控制两个所述H桥模块中开关管的导通与关闭。
图2所示为典型非隔离型级联光伏并网逆变器的原理图，其中：E、L1、L2分别为电网电压和并网接口电感；Cpv1和Cpv2为光伏Pv和大地之间的寄生电容，其值与外部环境条件、光伏电池板尺寸结构等因素有关，一般在50～150 nF/kW左右；C为输出端与大地间的寄生电容，Zg为其他非理想因素导致的共模阻抗。
图3为图2所示系统的共模模型，忽略电网电压影响并定义第i个逆变器的差模电压为Vdmi＝Vai-Vbi，共模电压为Vcmi＝(Vai+Vbi)/2,可得到如图4所示的系统简化共模模型。
假设并网接口电感L1＝L2＝L，由基尔霍夫定律可得
Vcpv1-Vcm1-0.5Vdm1+VL＝0
Vcpv2-Vcm2-0.5Vdm2-VL＝0
Vcpv1-Vcm1-0.5Vdm1+0.5Vdm2+Vcm2-Vcpv2＝0
由以上三式可得：
系统共模电流
因此，为了抑制系统的共模电流，只要保证寄生电容电压Vcpv1+Vcpv2在开关转换过程中基本保持恒定值。
采用0,1,2代表每级逆变器输出的-Vi，0，Vi三种状态。本发明两级光伏电池板因接受不同光照条件产生3:1比例的输入电压，即将会由九种状态产生-4E～4E共九个电压。
采用0,1代表每个开关的关断及开通状态将会产生16种不同的开关组合。
将以上逆变器状态、开关组合、输出电压汇总得到共模、差模电压及寄生电容电压如表1所示。
表1
用输入电压将预输出电压进行归一化处理，得到归一化系数
设输入电压基本单位为E，预输出电压为vref，a为归一化系数，则利用下式可以得到
这里取预输出电压vref为50Hz，幅值为0.5E的正弦波，则a＝0.5。
根据图5所示的一维空间矢量控制区域选取逆变器状态为11为12的相邻矢量以合成参考矢量。
用归一化系数a进一步计算系数ai＝floor(a)，式中的floor(x)为向下取整函数，ai为负无穷大方向最靠近a的整数。则ai＝0。
根据表1开关状态对应的开关状态可选取开关组合为0010 0000
根据得到的系数a和ai，利用下面两个公式计算出每个每个逆变器状态持续时间t1和t2
t1＝a-ai
t2＝1-t1
其他情况的计算可参照如图6所示的计算流程图进行，upper1-lower1和upper2-lower2分别代表每级逆变器输出的状态。
采用该方法用得到的控制矢量及选取的开关组合对非隔离型多电平级联光伏并网逆变器的开关管进行控制，使寄生电容电压保持相对恒定进而提高共模电流的抑制效果。
本领域技术人员还应当理解，对所公开的实例的上述说明，仅仅为了说明本发明的原理以便本领域专业技术人员能够实现或使用本发明而采用的实例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
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