一种考虑死区时间的双电源逆变器共模电压减小方法

本发明属于电力电子电磁兼容领域，具体涉及一种适用于考虑死区时间的双电源逆变器共模电压减小方法。

背景技术：

1、现目前，太阳能作为清洁可再生能源，其在发电领域得到越来越多的应用。传统的光伏并网发电系统中会配备隔离变压器以实现升压和提供光伏电源与电网之间的隔离等作用，但是隔离变压器的使用降低了系统的转换效率，并且增加了整个并网系统的尺寸、重量和成本，非隔离型光伏并网逆变器可以很好的解决以上的问题。

2、但在缺少隔离变压器的并网系统中，光伏电源会直接与电网连接，同时光伏电源与大地之间存在的寄生电容为泄露电流的产生提供了条件。泄露电流不仅会与并网电流叠加引起电流谐波含量恶化，而且会造成电磁干扰。因此，抑制泄露电流成为了非隔离型变压器应用的关键。泄露电流的大小和共模电压的变化情况有关：共模电压越小，泄露电流也就越小，反之亦然。

3、目前针对共模电压减小的研究主要集中于调制方式改进和逆变器拓扑改进。

4、在调制方式改进方面，有着诸如等效零矢量脉宽调制、临近三矢量脉宽调制、远端三矢量脉宽调制等调制方式，这3种调制方式共同的特点就是均不使用零矢量，这样共模电压得以减小，从而泄露电流也变小，但此类方法会引起输出线电压双极性、电能质量变差等缺点。同时，此类调制方式实现比较复杂，其中就包括开关矢量选择，矢量作用时间分配和矢量序列布置等复杂步骤。

5、在拓扑改进方面，h7拓扑通过对正母线上额外的功率开关管进行控制，实现了33.3％的共模电压减少。h8拓扑通过在零矢量期间断开与电网的连接，从而限制共模电压的变化。上述的方法理论上能将共模电压抑制在较小的范围内，但是在实际中仍难以得到稳定的共模电压，会出现额外的共模电压跳变，最终导致共模电压变化范围仍然较大。双电源逆变器有实现共模电压减小的潜力，但是此逆变器在矢量切换时的死区时间内会出现共模电压跳变问题，从而导致共模电压产生意外的峰值，使得共模电压效果变差。因此，在考虑死区时间的情况下如何实现双电源逆变器共模电压的减少是研究的关键。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种考虑死区时间的双电源逆变器共模电压减小方法：首先采用两种低共模电压空间矢量调制方案，再使用h10拓扑结构和有源矢量作用于零矢量的控制策略，从而消除死区时间内的共模电压跳变，减小逆变器的共模电压。

2、为了实现上述的目的，本发明采用如下技术方案。

3、双电源逆变器空间矢量图如图1所示。通过表1所示的空间矢量与共模电压的关系，选取两种低共模电压空间矢量调制方案。

4、表1双电源逆变器空间矢量与共模电压关系

5、

6、长、零矢量方案：选择长矢量：200,220,020,022,002,202与零矢量111。该方案可以将共模电压限制在vdc/3与2vdc/3之间。调制比不会受到影响，后文将其简称为方案1。

7、长、短、零矢量方案：选择长矢量：020,002,200,短矢量：110,101,011与零矢量111。该方案可以将共模电压限制在vdc/3与vdc/2之间。但是该方案的调制比将会下降，降低为原来的后文将其简称为方案2。

8、上述两种调制方案可以基于空间矢量脉冲宽度调制(svpwm)实现。因此，后文的分析均以svpwm为基础，两方案在svpwm第三扇区的开关控制如图2、3所示。图2、3中的dt区域为方案1、2中存在的零矢量“111”前后的死区时间。在此死区时间内出现的共模电压跳变如图4中虚线内所示。

9、针对零矢量“111”前后死区时间的共模电压跳变问题，将用h10拓扑结构和有源矢量作用于零矢量的控制来解决。原理如下：

10、svpwm第三扇区和逆变器侧输出电流方向之间的关系如图5所示。为了便于分析共模电压，将以下电流方向为分析基础：通常对于小功率的光伏并网系统而言，lcl滤波器呈现着感性，并网电压一般为220v，并网电流10a至20a之间，在这样的条件仅仅会使得第三扇区向前偏移不超过30°，即如图5所示的l区域。则在第三扇区的电流方向为：ia<0，ib>0，ic<0和ia<0，ib>0，ic>0。

11、双电源逆变器的h10拓扑结构如图6所示，结构为：上下电源处均有一个h2半桥相互串联，并在中点连接于电源n处。h6逆变器部分的正负母线分别从两个h2半桥的中部引出。

12、结合图6，双电源逆变器的共模电压定义为：

13、vcm＝(vao+vbo+vco)/3                              (1)

14、式中，vcm为共模电压，vao、vbo、vco分别是a点与o点、b点与o点、c点与o点之间的电压。

15、以方案1为例，有源矢量作用于零矢量的控制策略在第三扇区的控制开关序列如图7所示。结合图6，控制策略简单来说即是：进入零矢量，td1断开、td2闭合，te1闭合、te2断开。h6部分延续上一时刻的开关状态不改变。在其它有源矢量期间内te1断开、te2闭合，其他开关按照需要进行断开或者闭合。这样的拓扑和控制实现了零矢量“111”前后的死区时间内不发生开关状态的切换。

16、以方案1为例，阐述消除死区时间内共模电压突变的原理：图8、9分别是在图2中dt内ia<0，ib>0，ic<0和ia<0，ib>0，ic>0电流方向的电流续流情况，电流在h6逆变器部分形成续流通路，实线箭头是存在的续流通道。此时的h6逆变器部分在死区时间内的电压被下电源通过两个二极管钳位，其中虚线箭头是电压钳位路径。vao、vbo、vco在此情况下均为0.5vdc，这样死区时间内的共模电压被钳位在0.5vdc。

17、图10、11是在零矢量“111”区域内两种电流方向下的电压钳位路径，黑色实线是钳位路径。此时h10中的td2和te1是闭合的，下电源直接为h6提供钳位电压，即vao、vbo、vco在此情况下均为0.5vdc，共模电压也为0.5vdc。从以上分析可得，零矢量“111”前后死区时间的共模电压与零矢量“111”期间的共模电压一致，则在此死区时间内不会发生共模电压的突变。同样方案2也可使用上述的拓扑和控制策略达到相同的效果。

18、由于上述技术方案的运用，因此，本发明具有如下特点：

19、1、本发明基于双电源逆变器空间矢量提出了两种低共模电压空间矢量调制方案，两种方案可以将共模电压减少66.7％。

20、2、本发明为解决零矢量“111”前后死区时间内出现的共模电压突变问题，使用了h10拓扑和有源矢量作用于零矢量的控制，从而进一步减少了共模电压。

21、3、本发明实现了双电源逆变器共模电压的稳定，不会受到泄露电流的影响。

技术特征：

1.一种考虑死区时间的双电源逆变器共模电压减小方法，其特征在于，首先采用两种低共模电压空间矢量调制方案，再使用h10拓扑结构和有源矢量作用于零矢量的控制策略，从而消除死区时间内的共模电压跳变，减小逆变器的共模电压，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种考虑死区时间的双电源逆变器共模电压减小方法，其特征在于，所述两种低共模电压空间矢量调制方案，具体如下：

3.根据权利要求1所述的一种考虑死区时间的双电源逆变器共模电压减小方法，其特征在于，所述的有源矢量作用与零矢量的控制策略具体实现如下：

技术总结
本发明的全称为：一种考虑死区时间的双电源逆变器共模电压减小方法。为了减小非隔离型光伏并网逆变器中的共模电压，从而减小泄漏电流，本发明基于双电源逆变器，提出了长、零矢量和长、短、零矢量两种低共模电压空间矢量调制方案。为解决零矢量“111”前后死区时间内出现的共模电压突变问题，本发明使用了H10拓扑和有源矢量作用于零矢量的控制。经过以上步骤，逆变系统中的共模电压得以减少66.7％，从而可以使得泄露电流减小。此发明的优点在于考虑了逆变器中必要的死区时间对低共模电压调制方案的影响，解决了在死区时间内出现的共模电压突变问题，从而进一步减小共模电压。与目前存在的H6、H8拓扑逆变器相比，本发明能够大幅减少共模电压并保持其稳定在较小幅值。

技术研发人员：龙波,陈志豪,胡成坤,王露萍
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15