光伏并网逆变器共模电流通路的图论分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力电子变换器拓扑结构的分析，提出一种光伏并网逆变器共模电流 通路的图论分析方法，属于电力电子变换技术和太阳能发电技术领域。
【背景技术】
[0002] 电力电子变换器广泛应用于工业自动化与电力变换场合，从适用于低中压的两电 平变换器，到适用于中高压的三电平甚至多电平变换器，拓扑结构日益复杂，开关管与储能 元件个数不断增多，电路拓扑的工作模态也在不断增加，这就给电力电子拓扑的研宄与设 计带来巨大的阻力。图论（GraphTheory)是一种研宄图的数学工具，只要包含了二元关系 的系统都可以用图论进行分析。目前图论已经广泛应用在互联网、电力系统、数字通信、经 济管理、社会组织模型等多节点领域，受到全世界数学界和科学界的重视。
[0003] 光伏并网逆变器按输出特性可以分为单相光伏并网逆变器和三相光伏并网逆变 器，根据有无隔离变压器可分为有隔离变压器光伏并网逆变器和无隔离变压器光伏并网逆 变器。为了降低成本、减轻重量、缩小体积、提高效率，无隔离变压器光伏并网逆变器得到 广泛应用。然而，无隔离变压器光伏并网逆变器存在对地共模电流，是一个亟待解决的问 题。共模电流的大小主要取决于寄生电容上电压波动的频率和幅值，也和穿心电容的大小 有关。共模电流的产生不仅和逆变器拓扑有关，也与开关管的控制策略有关。所以，研宄无 隔离变压器光伏并网逆变器工作模态中的共模电流通路对抑制共模电流至关重要。
[0004] T型三电平光伏并网逆变器融合了两电平和三电平逆变器的优势，既有两电平逆 变器传导损耗小，元件数量少的优点，又有三电平逆变器输出波形好，效率高的优点，是很 有发展前景的一种三电平逆变器拓扑结构。传统的电力电子变换器共模电流抑制方法多靠 灵感和尝试，没有一种理论分析方法作为指导。本发明把T型三电平光伏并网逆变器作为 实施案例，详述了光伏并网逆变器共模电流通路的图论分析方法。
【发明内容】
[0005] 本发明提出了一种光伏并网逆变器共模电流通路分析方法。该发明具有普适性， 能够分析多节点的电力电子变换器拓扑，方便指导抑制共模电流。
[0006] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
[0007] 光伏并网逆变器共模电流通路的图论分析方法，其包括以下步骤：
[0008] 步骤1、根据光伏并网逆变器共模电流拓扑电路绘制光伏并网逆变器网络节点图， 所述光伏并网逆变器网络节点图为由节点和有向边组成的节点二元连接关系；其中，节点 为拓扑电路中各元件连接点，通过1到n的顺序进行编号，n为大于1的正整数；所述节点 二元连接关系为各节点之间是否有元件直接相连，以及直接相连的元件上是否存在电流路 径，如果有元件直接相连，则该元件对应的节点之间通过有向边连接，所述有向边即为节点 之间连接的元件符号，如果直接相连的元件上存在电流路径，则在有向边上标示电流流动 方向箭头；
[0009]步骤2、根据节点二元连接关系建立nXn的矩阵模型A，所述矩阵模型A中的元素 ay.与节点二元连接关系一一对应，且满足：
【主权项】
1. 光伏并网逆变器共模电流通路的图论分析方法，其特征在于，其包括以下步骤： 步骤1、根据光伏并网逆变器共模电流拓扑电路绘制光伏并网逆变器网络节点图，所述 光伏并网逆变器网络节点图为由节点和有向边组成的节点二元连接关系；其中，节点为拓 扑电路中各元件连接点，通过1到η的顺序进行编号，η为大于1的正整数；所述节点二元 连接关系为各节点之间是否有元件直接相连，以及直接相连的元件上是否存在电流路径， 如果有元件直接相连，则该元件对应的节点之间通过有向边连接，所述有向边即为节点之 间连接的元件符号，如果直接相连的元件上存在电流路径，则在有向边上标示电流流动方 向箭头； 步骤2、根据节点二元连接关系建立ηΧη的矩阵模型Α，所述矩阵模型A中的元素 aij 与节点二元连接关系一一对应，且满足：
其中，i、j为节点序号，分别对应矩阵模型A的行、列序号，I < i < n，I < j < η ; 步骤3、计算获取电流通路函数δ，所述电流通路函数δ为矩阵模型A的行列式 J = dcU/O中去除平方项之后的多项式之和的表达式； 步骤4、对所述电流通路函数δ中的非法通路进行剔除，得到剔除冗余通路后的电流 通路函数δ '; 步骤5、根据所述剔除冗余通路后的电流通路函数δ '获取共模电流通路函数dCp、，所 述共模电流通路函数Apv为共模电流通路所对应的多项式之和，所述共模电流通路同时流 过穿心电容CP#P交流对地阻抗Z的电流通路，所述共模电流通路所对应的多项式即为剔除 冗余通路后的电流通路函数S '中同时包含穿心电容CP#P交流对地阻抗Z的多项式； 步骤6、通过共模电流通路函数4PV判断各共模电流通路的开关状态。
2. 根据权利要求1所述的光伏并网逆变器共模电流通路的图论分析方法，其特征在 于，所述光伏并网逆变器为T型三电平光伏并网逆变器。
3. 根据权利要求2所述的光伏并网逆变器共模电流通路的图论分析方法，其特征在 于，所述T型三电平光伏并网逆变器的共模电流拓扑电路中，寄生参数C pvJP Cpv2S光伏组 件对大地的穿心电容；Upv为光伏组件输出电压；C JP C2是等值的分压电容；C a、Cb、C。分别 为三相桥路输出端和大地的之间的寄生电容；sal、s a2、sa3、sa4、sbl、sb2、s b3、sb4、sel、se2、sc3、 Sc4为12个带续流二极管的桥臂开关管；L a、Lb、L。、Cfa、Cfb、Cf。、L fa、Lfb、Lf。分别为逆变器LCL 滤波器参数；ea、eb、e。为三相相电压；Z为三相中点对地阻抗。
4. 根据权利要求3所述的光伏并网逆变器共模电流通路的图论分析方法，其特征在 于，所述T型三电平光伏并网逆变器的网络节点图中，共有节点11个，即η = 11，其中，节 点1为光伏组件正极；节点2为A桥路输出端；节点3为B桥路输出端；节点4为C桥路输 出端；节点5为A桥路钳位支路节点；节点6为B桥路钳位支路节点；节点7为C桥路钳位 支路节点；节点8为三相电中点；节点9为光伏组件负极；节点10为分压电容中点；节点11 为大地。
5. 根据权利要求4所述的光伏并网逆变器共模电流通路的图论分析方法，其特征在 于，所述T型三电平光伏并网逆变器的矩阵模型A为：
6. 根据权利要求5所述的光伏并网逆变器共模电流通路的图论分析方法，其特征在 于，所述T型三电平光伏并网逆变器的电流通路函数剔除不符合开关调制规律遵循以下规 贝IJ化和S k3状态互补；SkJP Sk4状态互补；SkJP Sk^止同时导通；其中，k取a、b、c，所述 状态互补即一个处于导通状态，另一个则处于截止状态。
7. 根据权利要求6所述的光伏并网逆变器共模电流通路的图论分析方法，其特征在 于，所述T型三电平光伏并网逆变器的共模电流通路函数、为：
其中，多项式中的系数2代表该多项式所对应的共模电流通路的电流可双向流动。
8. 根据权利要求7所述的光伏并网逆变器共模电流通路的图论分析方法，其特征在 于，所述T型三电平光伏并网逆变器的共模电流通路对应的开关状态如下表所示：
该表中，当共模电流通路对应的多项式中仅包含Skl，则该Skl对应的桥路输出端电压为 正，标记为P ;当共模电流通路对应的多项式中仅包含SkJP S k3，则该SkJP S k3对应的桥路 输出端电压为零，标记为O ;当共模电流通路对应的多项式中仅包含Sk4，则该应的桥 路输出端电压为负，标记为N ;共模电流通路2C2Sa2Sa3eaZC PV的开关状态0**代表A桥路、B 桥路以及C桥路的输出端电压分别为0、*、*，其中*代表输出端电压不定，可取Ρ、0、Ν中的 任一个。
【专利摘要】本发明公开了一种光伏并网逆变器共模电流通路的图论分析方法，其包括以下步骤：步骤1、根据光伏并网逆变器共模电流拓扑电路绘制光伏并网逆变器网络节点图，光伏并网逆变器网络节点图为由节点和有向边组成的节点二元连接关系；步骤2、根据节点二元连接关系建立n×n的矩阵模型A；步骤3、计算获取电流通路函数δ；步骤4、对电流通路函数δ中的非法通路进行剔除，得到剔除冗余通路后的电流通路函数δ′；步骤5、根据剔除冗余通路后的电流通路函数δ′获取共模电流通路函数步骤6、通过共模电流通路函数判断各共模电流通路的开关状态。本发明有助于指导光伏并网逆变器的共模电流抑制，衍生新的拓扑结构。
【IPC分类】G06F17-50, H02J3-38
【公开号】CN104682434
【申请号】CN201510105211
【发明人】戴志威, 舒杰, 张伟, 吴昌宏, 宋香荣, 吴志锋
【申请人】中国科学院广州能源研究所
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月10日