专利名称：一种三相z源中点钳位多电平光伏逆变器调制方法
技术领域：
本发明涉及一种三相Z源中点钳位多电平光伏逆变器调制方法。
背景技术：
与传统的两电平逆变器相比，中点钳位多电平逆变器具有开关器件耐压等级要求低、输出波形谐波含量小等优点，在光伏发电系统中得到了应用。由于光伏电池额定输出电压较低，通常需要多个光伏电池板串联得到所需的电压等级，导致光伏发电系统成本增加。为了解决该问题，可在逆变器前端加入Z源升压网络，组成三相Z源中点钳位多电平光伏逆变器。由于光伏系统和大地之间存在寄生电容，光伏逆变器控制不当将造成寄生电容两端电压出现高频分量，进而引起漏电流。漏电流会导致光伏逆变器输出电流畸变、产生电磁干扰等问题。采用先进调制策略是漏电流的解决方案之一。目前三相Z源中点钳位多电平光伏逆变器调制方法主要有两种第一种是空间矢量脉宽调制方法，第二种是多载波调制方法。第一种调制方法需要判断扇区、计算矢量作用时间和矢量序列分布等环节，运算量较大，实现较为复杂；第二种调制方法同样需要扇区判断，然后通过多载波调制等环节，实现同样较为复杂。
发明内容
本发明克服了现有技术中的缺点，提供一种三相Z源中点钳位多电平光伏逆变器调制方法。为了解决上述存在的技术问题，本发明采用的技术方案是一种三相Z源中点钳位多电平光伏逆变器调制方法，它具体包括如下步骤
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(I)对于三相Z源中点钳位多电平光伏逆变器，首先由初始三相调制波v!、<、V分别相减得到线电压调制波<、、y； ，然后分别乘以系数K得到、Kvl ;(2)由KvL、KvL、Kv〗h经零序信号计算单元得到零序信号V。；(3)将Kv:、Kv；a . K<h分别与零序信号Vtl相加得到调制波v^、<、v;(4)调制波<、<、<分别与三角载波Vc通过比较器1、比较器2、比较器3比较后得到逻辑信号Sa、sb、s。；(5)将逻辑信号\、4、&经过比较器后的逻辑电路得到开关信号51^2^1!1、S2a,Slb> S21 S1 S2b, Sle、S2c,Sli^PSc，具体过程为逻辑信号Sa与Sb通过异或门I得到逻辑信号a，逻辑信号a与Sa通过与门I得到逻辑信号d，逻辑信号d与直通信号St通过或门I得到开关信号Sla ；逻辑信号d通过非门I得到逻辑信号j，逻辑信号j与直通信号St通过或门7得到开关信号S,a;逻辑信号a与Sb通过与门2得到逻辑信号e，逻辑信号e与直通信号St通过或门2得到开关信号；
逻辑信号e通过非门2得到逻辑信号k，逻辑信号k与直通信号St通过或门8得到开关信号S2a ；逻辑信号Sb与S。通过异或门2得到逻辑信号b，逻辑信号b与Sb通过与门3得到逻辑信号f，逻辑信号f与直通信号St通过或门3得到开关信号Slb ；逻辑信号f通过非门3得到逻辑信号1，逻辑信号I与直通信号St通过或门9得到开关信号I；h;逻辑信号b与S。通过与门4得到逻辑信号g，逻辑信号g与直通信号St通过或门4得到开关S ;逻辑信号g通过非门4得到逻辑信号m，逻辑信号m与直通信号St通过或门10得到开关信号S2b ；逻辑信号Sa与S。通过异或门3得到逻辑信号C，逻辑信号c与S。通过与门5得到逻辑信号h，逻辑信号h与直通信号St通过或门5得到开关信号Sle ；逻辑信号h通过非门5得到逻辑信号n，逻辑信号n与直通信号St通过或门11得到开关信号Sll;;逻辑信号c与Sa通过与门6得到逻辑信号i，逻辑信号i与直通信号St通过或门6得到开关信号瓦￡ ；逻辑信号i通过非门6得到 逻辑信号O，逻辑信号O与直通信号St通过或门12得到开关信号S2。；其中，由三角载波与vH和\相比较得到直通信号St,当三角波大于vH或小于\时直通信号St为I,当三角波小于Vh或大于Vli时直通信号St为O。由于采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明提出了一种单载波调制方法，解决了传统多载波调制和空间矢量调制实现过于复杂的问题，同时保证系统共模电压恒定，从而使系统漏电流得到有效抑制。开关信号生成电路结构简单，既可采用模拟电路实现，也可采用数字电路实现。
图1为三相Z源中点钳位三电平光伏逆变器的电路原理图；图2为本发明提出的单载波开关信号调制策略原理图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。(I)图1为三相Z源中点钳位三电平光伏逆变器的电路原理图，图2为本发明提出的开关信号生成逻辑电路。首先由初始调制波<、<、V:得到它们的相间信号即线电压信号<、vL、vl，然后分别乘以系数K得到Kv^、Kv*a、Kvtch ;(2)由Kv^、Kv〖a、Kv:h经零序信号计算单元得到零序信号V。；(3)将、Kv；a、Kvl分别与零序信号V(l相加得到最终调制波<、<*、v；(4)由调制波<、<、分别与三角载波Vc通过比较器1、比较器2、比较器3得到逻辑信号Sa、sb、s。；
(5)将逻辑信号Sa、Sb、S。送到比较器后的简单逻辑电路得到开关信号SlaS2aSlaS2aSlbS2b Slb S2h SlcS2c Slc S2c，具体过程为逻辑信号Sa与Sb通过异或门I得到逻辑信号a，逻辑信号a与Sa通过与门I得到逻辑信号d，逻辑信号d与直通信号St通过或门I得到开关信号Sla ；逻辑信号d通过非门I得到逻辑信号j，逻辑信号j与直通信号St通过或门7得到开关信号I;逻辑信号a与Sb通过与门2得到逻辑信号e，逻辑信号e与直通信号St通过或门2得到开关信号瓦3 ；逻辑信号e通过非门2得到逻辑信号k，逻辑信号k与直通信号St通过或门8得到开关信号S2a ；逻辑信号Sb与S。通过异或门2得到逻辑信号b，逻辑信号b与Sb通过与门3得到逻辑信号f，逻辑信号f与直通信号St通过或门3得到开关信号Slb ；逻辑信号f通过非门3得到逻辑信号1，逻辑信号I与直通信号St通过或门9得到开关信号Slh;逻辑信号b与S。通过与 门4得到逻辑信号g，逻辑信号g与直通信号St通过或门4得到开关信号民,；逻辑信号g通过非门4得到逻辑信号m，逻辑信号m与直通信号St通过或门10得到开关信号S2b ；逻辑信号Sa与S。通过异或门3得到逻辑信号C，逻辑信号c与S。通过与门5得到逻辑信号h，逻辑信号h与直通信号St通过或门5得到开关信号Sle ；逻辑信号h通过非门5得到逻辑信号n，逻辑信号n与直通信号St通过或门11得到开关信号S1l ;逻辑信号c与Sa通过与门6得到逻辑信号i，逻辑信号i与直通信号St通过或门6得到开关信号民￡ ；逻辑信号i通过非门6得到逻辑信号O，逻辑信号O与直通信号St通过或门12得到开关信号S2。；其中，由三角载波与Vj^P Vlj相比较得到直通信号St,当三角波大于vH或小于Vlj时直通信号St为I,当三角波小于Vh或大于Vli时直通信号St为0(6)表I为不同开关状态与共模电压Vai的关系，表I中所示开关状态由图2中本发明提出的单载波调制方式实现。由表I可见共有9种开关状态，前8种为非桥臂直通的情况，第9种为发生桥臂直通的情况。9种开关信号又可以分为3类第一类直通信号St为0,逻辑信号Sa、Sb、S。全为0或全为I的情况,如表I中第I行和第9行所示，此时主电路的外侧开关管对应的开关信号Sla，§2a,Slb，§a，Slc,§2c全为0，而内侧开关管的开关信号S2a Sla S2b Slb S2c I全为I，此时Van=Vbn=Vcm=VpnA其中Vpn为光伏电池板两端电压，根据共模电压的计算公式=Vqi=(Va^VbZVcm)/3，可得共模电压VeM=VPN/2。第二类直通信号ST为0，逻辑信号Sa、Sb、Sc如表中第3行到第9行所示，共模电压KV^V^+Vj/^V /^。VAN、VBN、VCN有三种可能的取值，分别为Vc、Vpn/2、Vl。其中Vc是Z源网络中电容两端的电压，Vc=BbVpn。'是Z源网络中电感两端的电压' =(1-BbVpn),其中Bb是升压系数=，T(I是桥臂直通时间，T是开关周期，即三角载波的周期。如1-U *,/ I )
表I中所示。考虑到^%、￥,￥^有三种可能的取值，各开关状态下需满足这三种取值在￥_、Vbn^cm上平均分配，才能保证共模电压Vcm恒定，以表I中第3行为例，调制波、v；\ V与三角载波通过比较器获得逻辑信号Sa、Sb、S。分别为1、0、0，然后将该逻辑信号送到后面的逻辑电路，得到开关信号I,、l,、Slb，、§2b,、Slc;，、S2c^*0，Sla、S2a、S2b、§1h、Slc^ L全为 1，此时 Vm=BbVpn、Vbn=(1-Bb)Vpn, Vcn=Vpn/2，共模电压 Vcm= (VAN+VBN+VCN)/3=VPN/2 ;同理，其它5种开关状态同样可以保证共模电压恒定为Vpn/2。第三类如表中第10行所示，此时直通信号St为1，不论逻辑信号Sa、Sb、S。为0或1，直通信号St送到逻辑电路后，所有的开关状态都变为1，此时共模电压Vcm- (Vm+Vbn+Vcn) /3-Vpn/2。综上所述，图2中提出的单载波调制策略可以实现表I中的开关状态，实现了系统共模电压恒定，从而使系统漏电流得到有效抑制。表I开关状态和系统共模电压
权利要求
1.一种三相Z源中点钳位多电平光伏逆变器调制方法，其特征在于它具体包括如下步骤(1)对于三相Z源中点钳位多电平光伏逆变器，首先由初始三相调制波V!、<、V:分别相减得到线电压调制波<、《、v ，然后分别乘以系数K得到KvIc 、Kvl ;(2)由K<、Kv；w> K<h经零序信号计算单元得到零序信号Vtl ;(3)将KvL、KvL. Κλ4分别与零序信号Vtl相加得到调制波V·、V;(4)调制波、V、分别与三角载波Vc通过比较器1、比较器2、比较器3比较后得到逻辑信号Sa、Sb、S。；(5)将逻辑信号Sa、Sb、S。经过比较器后的逻辑电路得到开关信号Sla、S2a、§la、S2a,Slb, S2bA、S2b、Slc、S2c^S1JPS2c，具体过程为逻辑信号Sa与Sb通过异或门I得到逻辑信号a，逻辑信号a与Sa通过与门I得到逻辑信号d，逻辑信号d与直通信号St通过或门I得到开关信号Sla ；逻辑信号d通过非门I得到逻辑信号j，逻辑信号j与直通信号St通过或门7得到开关信号Sla逻辑信号a与Sb通过与门2得到逻辑信号e，逻辑信号e与直通信号St通过或门2得到开关信S逻辑信号e通过非门2得到逻辑信号k，逻辑信号k与直通信号St通过或门8得到开关信号S2a ；逻辑信号Sb与S。通过异或门2得到逻辑信号b，逻辑信号b与Sb通过与门3得到逻辑信号f，逻辑信号f与直通信号St通过或门3得到开关信号Slb ；逻辑信号f通过非门3得到逻辑信号1，逻辑信号I与直通信号St通过或门9得到开关信号；逻辑信号b与S。通过与门4得到逻辑信号g，逻辑信号g与直通信号St通过或门4得到开关信号S2h;逻辑信号g通过非门4得到逻辑信号m，逻辑信号m与直通信号St通过或门10得到开关信号S2b ；`逻辑信号Sa与S。通过异或门3得到逻辑信号C，逻辑信号C与S。通过与门5得到逻辑信号h，逻辑信号h与直通信号St通过或门5得到开关信号Sl。；逻辑信号h通过非门5得到逻辑信号n，逻辑信号η与直通信号St通过或门11得到开关信号S1逻辑信号c与Sa通过与门6得到逻辑信号i，逻辑信号i与直通信号St通过或门6得到开关信号S2l^;逻辑信号i通过非门6得到逻辑信号0，逻辑信号ο与直通信号St通过或门12得到开关信号S2。；其中，由三角载波与Vh和\相比较得到直通信号ST，当三角波大于Vh或小于\时直通信号St为I,当三角波小于Vh或大于Vli时直通信号St为O。
全文摘要
本发明公开了一种三相Z源中点钳位多电平光伏逆变器调制方法，该方法首先由初始调制波得到线电压信号并分别乘以系数K，然后经零序信号计算单元得到零序信号v0，零序信号与相加得到最终调制波调制波与载波通过比较器得到逻辑信号Sa、Sb、Sc，由载波与vH和vL比较得到直通信号ST，逻辑信号Sa、Sb、Sc与直通信号ST经本发明中的逻辑电路得到开关信号。本发明的有益效果是提出了一种单载波调制方法，解决了传统多载波调制和空间矢量调制实现过于复杂的问题，同时保证系统共模电压恒定，从而使系统漏电流得到有效抑制。开关信号生成电路结构简单，既可采用模拟电路实现，也可采用数字电路实现。
文档编号H02M7/483GK103051227SQ20121056658
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者郭小强, 魏宝泽 申请人:燕山大学