你的位置:首頁 > 電路保護 > 正文

高手寂寞:如何用單相雙Buck光伏逆變器抑制漏電流

發(fā)布時間:2014-01-03 責任編輯:mikeliu

【導讀】雙Buck逆變器結構,具有無橋臂直通,體二極管不工作,雙極性工作等突出特點,因而應用廣泛,是一種新式的逆變器結構??纯锤呤謧?nèi)绾斡米钚碌娜娖诫pBuck逆變器進行最大功率電跟蹤和并網(wǎng)控制吧。

太陽能是一種無污染的能源,如何利用太陽能一直是人們研究的重點項目。而要想提高太陽能的電能轉化效率,光伏并網(wǎng)逆變器的研究是光伏利用的重點。對于光伏并網(wǎng)逆變器,其拓撲結構按照變壓器可以分為:高頻變壓器型,工頻變壓器型和無變壓器型。

高頻變壓器體積小,重量輕,效率高,但是控制較為復雜;工頻變壓器體積大,重量重,結構簡單;為了能夠提高光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的效率和降低成本,在沒有特殊要求 的時候可以采用無變壓器型的拓撲結構。但是,由于沒有變壓器,輸入輸出沒有電氣隔離,光伏模塊的串并聯(lián)構成的光伏陣列對地的寄生電容變大,而且該電容受外 界環(huán)境影響較大,由此產(chǎn)生的共模電流將會很大,對于漏電流的研究,現(xiàn)已有多種解決方案:當全橋逆變器采用單極性調制方式時,存在一開關頻率脈動的共模電 壓,而采用雙極性調制方式時,共模電壓不變,其幅度等于母線電壓的一半;在半橋逆變器中,對地寄生電容電壓亦被輸入分壓大電容鉗位在母線電壓的一半,基本保持不變。這些都是基于橋式電路解決漏電流的方法,近年來出現(xiàn)了一種雙Buck逆變器結構,這種逆變器具有無橋臂直通,體二極管不工作,雙極性工作等突出特點,因而應用廣泛。本文提出一種新型的三電平雙Buck逆變器的方案,并置定相應的控制策略實現(xiàn)最大功率點的跟蹤和并網(wǎng)控制。

2.三電平雙Buck逆變器的總體方案

如圖1所示,為雙Buck逆 變器的電路拓撲結構圖,雙Buck逆變器采用的是半周期工作模式,當輸出電流在正半周時,功率管S1、續(xù)流二極管D1、濾波電感L1和濾波電容Cf共同構 成了Buck1電路。當輸出電流為負半周時,功率管S2、續(xù)流二極管D2、濾波電感L2和濾波電容Cf共同組成Buck2電路,兩條Buck電路不同時工 作。相比于傳統(tǒng)的橋式逆變電路,電路無橋臂直通的可能,體二極管也不用參與工作過程。但是,這種情況下,功率管S1和S2在工作的半個周期內(nèi)所承受的電壓 時直流母線電壓Ud的兩倍。由于其橋臂本身輸出的電壓波形依然是雙極性的,所以其諧波含量依舊很大。

高手寂寞:如何用單相雙Buck光伏逆變器抑制漏電流

通過在雙Buck逆變器拓撲結構上進行優(yōu)化,用兩個功率管和快恢復型二極管的組合開關電路(即S1&S3&D3和S4&S2&D4)替代原先的橋臂上的功率管。得到如圖2所示的新型三電平雙Buck逆變拓撲結構。

高手寂寞:如何用單相雙Buck光伏逆變器抑制漏電流
[page]

這種新型的三電平雙Buck逆變器依據(jù)是半周期工作模式:當輸出電感電流iL為正半周時,Buck1電路工作,當電感電流為負半周時,Buck2電路工 作。其具體的工作模態(tài)如表1所示。經(jīng)過優(yōu)化的三電平雙Buck逆變器由于將其對地的寄生電容電壓牽制在輸入電壓的一半,所以其漏電流為零。

高手寂寞:如何用單相雙Buck光伏逆變器抑制漏電流

3.控制策略分析


為了能夠實現(xiàn)最大功率點跟蹤和實現(xiàn)輸出電壓電流的控制,整個控制采用復合控制策略,包括均壓控制環(huán),電流控制環(huán)和電流基準環(huán)如圖3所示。

高手寂寞:如何用單相雙Buck光伏逆變器抑制漏電流

具體工作流程為:通過采集電容C1上的電壓UC1,計算母線電壓的一半得到UZ=Ubus/2,分別計算UC1與Uz的差值,將差值輸入到均壓環(huán)的調節(jié) 器,輸出控制電流變化量△i;母線電壓經(jīng)過最大跟蹤環(huán)節(jié)取得入網(wǎng)基準電流ig,將基準電流iL減去控制電流變化量△i和入網(wǎng)電流ig,將最后求的的電流經(jīng) 過比例積分誤差放大電路,與三角波相交并通過控制邏輯生成爭先脈寬調制信號(SPWM波),通過輸出的SPWM波形控制開關管的導通關斷,實現(xiàn)電壓調節(jié)功能。

式中 c1U 和 c2U 為電容C1和電容C2的電壓初始大小,假設兩電容電壓大小相等,則可得兩電容電壓的偏差大小為:

高手寂寞:如何用單相雙Buck光伏逆變器抑制漏電流
[page]

4.仿真和驗證

對于上述的閉環(huán)系統(tǒng),設置參數(shù)并進行仿真,具體參數(shù)設置如下:輸入直流電壓Ud=720V,輸入電容C1=C2=1100uF,輸出濾波電感L1=L2=750uH,預計輸出的交流電壓Uo=220V,頻率為50Hz,額定輸出功率Po=1KW。

高手寂寞:如何用單相雙Buck光伏逆變器抑制漏電流

具體的仿真結果如圖4所示,ug表示為電網(wǎng)電壓,iL為電感電流,Uc1為電容C1的電壓,UC2為電容C2的電壓,V1~V4分別表示逆變器對 于功率開關管S1~S4的控制信號。具體的工作情況:當iL大于零,即工作在正半周,Buck1電路工作,功率開關管S1,S3導通,S2,S4截 至,iL2=0,此時電壓uB=ug;當iL小于零,即工作在負半周時,Buck2電路工作,功率開關管S1、S3截至,S2,S4導通,iL2=0,此 時電壓uA=ug,本閉環(huán)系統(tǒng)采集電容信號,實現(xiàn)輸入均壓控制,因此輸入電容UC1和UC2保持穩(wěn)定。

5.總結

經(jīng)過對傳統(tǒng)橋式逆變電路和新型三電平雙Buck逆變電路的拓撲結構的分析,析提出了一種新型的單相雙Buck光伏逆變器的方案,這這種新型的三電平雙Buck逆變電路 對于逆變橋臂與地之間的寄生電容通過分壓電容進行電壓鉗制,對于電網(wǎng)頻率的低頻率變化,抑制了漏電流的大小。針對新型的三電平雙Buck逆變器電路制定相應的控制策略,通過采樣電壓信號,實現(xiàn)最大功率跟蹤和均壓控制。最后通過仿真波形,驗證三電平雙Buck逆變電路的正確性,并取得了較好的實驗結果。

相關閱讀:

如何解決太陽能逆變器的電磁兼容問題
什么是逆變器
成本5元!超簡單實用的逆變器DIY


要采購變壓器么,點這里了解一下價格!
特別推薦
技術文章更多>>
技術白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關閉

?

關閉