共模电路谐振器、储能变流器及共模谐波能量控制方法

本发明涉及储能变流器，尤其涉及一种共模电路谐振器、储能变流器及共模谐波能量控制方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、近年来，随着新能源产业的快速发展，三电平变流器因滤波器体积小等优点在可再生能源转换、电动汽车、电池储能等领域得到广泛的应用。然而，单相对称三电平逆变器和接地处之间存在着杂散电容，变流器固有的高频开关引发较大漏电流，严重威胁设备和人身安全。此外，单相变流器二倍频波动引起直流中点电压不平衡或者振荡，元器件应力过大，电能质量变差。

3、现有技术中，往往通过在变流器系统中加入传感器，检测系统电压或电流物理量，然后进行反馈控制，以此来解决漏电流和中点电压不平衡的问题；但是，此类解决方法无疑增加了控制难度和系统复杂度，并且增加精密传感器数量大大提高了系统成本。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了共模电路谐振器、储能变流器及共模谐波能量控制方法，利用共模电路谐振器构建特定频次谐波低阻抗回路，实现中点电位加速平衡过程，且能有效抑制漏电流。

2、在一些实施方式中，采用如下技术方案：

3、一种共模电路谐振器，包括：由电感和电容并联连接的支路，所述支路的一端与储能变流器中逆变器的直流侧中点连接，支路的另一端与逆变器每个桥臂连接的llcl滤波器的中点连接。

4、共模电路谐振器与llcl滤波器组成两个串联的谐振电路，通过对共模电路谐振器的谐振频率进行设计，使得在载波频率处的共模电流流经第一个谐振电路，而不流经漏电流回路，用于抑制漏电流大小；在两倍载波频率处的共模电流流经第二个谐振回路，用于加速中点平衡过程。

5、其中，为了抑制储能变流器漏电流的大小，所述电感和电容的参数满足：

6、

7、其中，lr和cr分别为共模电路谐振器的电感和电容参数；cf、lf分别为llcl滤波器的电容和电感参数。

8、为了加速储能变流器中点平衡，所述电感和电容的参数满足：

9、

10、其中，fs为载波频率，l1为llcl滤波器的电感参数，ωres为两倍载波频率下共模电流回路导纳的谐振频率。

11、在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

12、一种储能变流器，包括：上述的共模电路谐振器。

13、储能变流器通过采集电网电压经过锁相环得到电网相位，通过所述电网相位生成与电网电压同步的正弦电流参考值；采样得到的网侧电流和正弦电流参考值差值作为电流控制器的输入，电流控制器的输出作为调制模块的输入，用于产生逆变器桥臂开关器件的驱动信号。

14、所述调制模块采用载波层叠的调制方式，具体为：

15、载波波形由幅值分别为+1、-1的两个三角波层叠而成，两个三角波的频率相同；

16、a相和b相的调制波相位相差180°，当调制波ux≥cb1时，输出电平为udc；当调制波ux<cb1时，输出电平为0；当ux≥cb2时，输出电平为0；当ux<cb2时，输出电平为-udc；

17、其中，ux为ua或ub，表示a相调制波或b相调制波的幅值；cb1和cb2分别表示两个三角波的幅值。

18、在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

19、一种储能变流器共模谐波能量控制方法，包括：

20、在储能变流器中引入权利要求1所述的共模电路谐振器；

21、共模电路谐振器与储能变流器中的llcl滤波器组成两个串联的谐振电路，通过对共模电路谐振器的谐振频率进行设计，使得在载波频率处的共模电流流经第一个谐振电路，而不流经漏电流回路；在两倍载波频率处共模电流流经第二个谐振回路，用于加速中点平衡过程。

22、所述共模电路谐振器的谐振频率满足：

23、

24、其中，lr和cr分别为共模电路谐振器的电感和电容参数；cf、lf分别为llcl滤波器的电容和电感参数，fs为载波频率，ωres为两倍载波频率下共模电流回路导纳的谐振频率；ωa为共模电流回路导纳的谐振频率。

25、从而基于上述条件设计共模电路谐振器中各元件的参数。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

27、(1)本发明在储能变流器中引入共模电路谐振器，通过旁路一次载波频率处的谐波抑制漏电流大小，提高设备安全性；通过向直流侧中点注入二次载波频率处的谐波来加速中点电位平衡；并基于此确定共模电路谐振器的谐振频率需要满足的条件，进而设计共模电路谐振器的元件参数。整个过程实现简单，实用性强，对于不同拓扑结构的逆变器、在参数和工况不一致的情况下仍然适用。

28、(2)本发明利用共模谐波能量实现中点电位平衡，不依赖直流电压采样，较少传感器使用，系统成本低、系统可靠性高；不依赖闭环控制，无采样延时、控制延时，变流装备响应快速，实现自愈平衡；不影响单相逆变器差模输出动态特性，通用性强、应用范围广。

29、(3)本发明储能变流器共模谐波能量控制方法可以加速变流器直流侧中点电压自平衡的速度，同时减小变流器系统对地回路上由寄生电容引起的漏电流，能够提升系统运行时的安全性和稳定性，在光伏逆变系统、电动汽车充电等可再生能源领域有着广泛的应用前景。

30、(4)本方法通过载波同相层叠的调制方式，线电压在载波频率处的谐波可以相互抵消，因此相较于载波反相层叠的调制方式，线电压的波形改善效果较好。对于单相变流器而言，使用载波同相层叠方式可以提高单相变流器的输出电流电能质量；

31、本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。

技术特征：

1.一种共模电路谐振器，其特征在于，包括：由电感和电容并联连接的支路，所述支路的一端与储能变流器中逆变器的直流侧中点连接，支路的另一端与逆变器每个桥臂连接的llcl滤波器的中点连接。

2.如权利要求1所述的一种共模电路谐振器，其特征在于，共模电路谐振器与llcl滤波器组成两个串联的谐振电路，通过对共模电路谐振器的谐振频率进行设计，使得在载波频率处的共模电流流经第一个谐振电路，而不流经漏电流回路，用于抑制漏电流大小；在两倍载波频率处的共模电流流经第二个谐振回路，用于加速中点平衡过程。

3.如权利要求1所述的一种共模电路谐振器，其特征在于，为了抑制储能变流器漏电流的大小，所述电感和电容的参数满足：

4.如权利要求1或3所述的一种共模电路谐振器，其特征在于，为了加速储能变流器中点平衡，所述电感和电容的参数满足：

5.一种储能变流器，其特征在于，包括：权利要求1-4任一项所述的共模电路谐振器。

6.如权利要求5所述的一种储能变流器，其特征在于，还包括：通过采集电网电压经过锁相环得到电网相位，通过所述电网相位生成与电网电压同步的正弦电流参考值；采样得到的网侧电流和正弦电流参考值差值作为电流控制器的输入，电流控制器的输出作为调制模块的输入，用于产生逆变器桥臂开关器件的驱动信号。

7.如权利要求6所述的一种储能变流器，其特征在于，所述调制模块采用载波层叠的调制方式，具体为：

8.一种储能变流器共模谐波能量控制方法，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的一种储能变流器共模谐波能量控制方法，其特征在于，所述共模电路谐振器的谐振频率满足：

技术总结
本发明公开了一种共模电路谐振器、储能变流器及共模谐波能量控制方法，包括：由电感和电容并联连接的支路，所述支路的一端与储能变流器中逆变器的直流侧中点连接，支路的另一端与逆变器每个桥臂连接的LLCL滤波器的中点连接。本发明在储能变流器中引入共模电路谐振器，通过旁路一次载波频率处的谐波抑制漏电流大小，提高设备安全性；通过向直流侧中点注入二次载波频率处的谐波来加速中点电位平衡；并基于此确定共模电路谐振器的谐振频率需要满足的条件，进而设计共模电路谐振器的元件参数。

技术研发人员：张承慧,丁文龙,刘衍,段彬,宋金秋
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24