[實用新型]基于3D-SPWM的混合箝位式三電平三相四線制光伏系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220750602.5
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN203103983U
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳阿蓮;杜超;張承慧
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/483
• 代理公司: 濟南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本實用新型涉及一種基于3D?SPWM的混合箝位式三電平三相四線制光伏系統(tǒng)。

三電平逆變器具有耐壓高，開關(guān)應(yīng)力小，輸出波形質(zhì)量高等特點在高壓大功率場合具有很廣泛的應(yīng)用。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，三電平乃至更多電平逆變器逐漸應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)之中。但是對于非隔離的傳統(tǒng)二極管箝位型三電平逆變系統(tǒng)，其中點電位的平衡、系統(tǒng)漏電流以及抗三相負(fù)載不平衡等問題很難同時得到很好的解決。而對于級聯(lián)非隔離三電平光伏逆變系統(tǒng)，由于其需要多路獨立電源（一般是獨立的光伏電池板），這樣每一路獨立光伏電池板與大地之間都存在寄生電容，這樣系統(tǒng)漏電流的抑制變得更加復(fù)雜與困難。另外，對于級聯(lián)三電平光伏系統(tǒng)，由于每一路電池模組都有其自己的MPPT控制，這樣容易導(dǎo)致三相并網(wǎng)電流的不平衡，因此需要增加額外的控制算法，這極大降低了系統(tǒng)的可靠行與實時性。

三相四線制傳統(tǒng)二極管箝位型逆變器在有源濾波、特種電源等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，此種結(jié)構(gòu)的三電平逆變器需要復(fù)雜的3D?SVPWM控制算法，還要考慮中點電位平衡問題，這樣會造成系統(tǒng)控制復(fù)雜度增加，嚴(yán)重影響系統(tǒng)可靠性。再者，有文獻指出三相四線制系統(tǒng)中3D?SVPWM和3D?SPWM是歸一的，即從控制性能指標(biāo)方面兩者沒有什么區(qū)別。3D?SVPWM控制的復(fù)雜度明顯高于3D?SPWM，但是對于三相四線制二極管箝位型逆變器，其中點電位的控制需要分析各個矢量對中點電位的影響，而3D?SPWM則由于靈活性較差使得其控制中點電位的平衡變得困難。因此，對于此類結(jié)構(gòu)的逆變器，只能采用3D?SVPWM才能達(dá)到預(yù)期的效果。總之，三相四線制傳統(tǒng)二極管箝位型逆變器的控制過于復(fù)雜，實現(xiàn)困難。

為了解決上述問題，本實用新型提出了一種基于3D?SPWM混合箝位式三電平三相四線制光伏系統(tǒng)。它采用3D?SPWM控制方式，不僅可以有效降低系統(tǒng)漏電流，保證中點電位平衡，并且可以保證光伏系統(tǒng)獨立運行時輸出三相電壓的平衡以及保證并網(wǎng)運行時三相并網(wǎng)電流的平衡。此外，通過對零序分量的控制可以有效降低中線電流。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：

一種基于3D?SPWM混合箝位式三電平三相四線制光伏系統(tǒng)，它包括并聯(lián)的三相橋臂，每個橋臂包括四個串聯(lián)的IGBT管，各相橋臂的中點經(jīng)濾波器與相應(yīng)電阻負(fù)載連接，各電阻負(fù)載接地；在并聯(lián)的各橋臂輸入端并聯(lián)有串聯(lián)的一對電容C1、電容C2，電容C1、電容C2與采集光伏陣列連接；在各橋臂中第一IGBT管和第四IGBT管間串接一對二極管，所述電容C1、電容C2的中點接地，同時在各對二極管上還并聯(lián)箝位電容Cxi，其中i＝a，b，c；所述各IGBT管由控制電路采用3D?SPWM方式控制，平衡中點電位。

所述濾波器采用LC濾波電路，其中的電容公共端接地。

所述控制電路包括依次連接的調(diào)理電路、采樣電路、控制電路和驅(qū)動電路，調(diào)理電路采集光伏陣列的直流電壓Vdc、直流電流Idc以及濾波器輸出的三相電壓Va、Vb、Vc和三相電流信號ia、ib、ic，三相電壓Va、Vb、Vc還送入鎖相電路，鎖相電路與控制電路連接，控制電路還設(shè)有保護電路；驅(qū)動電路輸出PWM控制各相橋臂中相應(yīng)IGBT管的開通與關(guān)斷。

所述控制電路采用FPGA模塊，在并網(wǎng)運行模式時，采樣得到的三相并網(wǎng)電流ia、ib、ic和鎖相電路得到的電網(wǎng)電壓的相位信息進行坐標(biāo)變換，即由三相靜止a?b?c坐標(biāo)系變換為三維旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d?q?0，進而得到三相并網(wǎng)電流的d軸有功、q軸無功、0軸零序分量；零序電流分量的給定值i₀*為0，這一給定分量和實際得到的零序分量進行比較后經(jīng)PI調(diào)節(jié)器得到控制量V₀；無功分量的給定量i_q*也為0，這一給定量和實際得到的無功分量進行比較后經(jīng)PI調(diào)節(jié)器得到控制量V_q；有功分量的給定i_d*由直流電壓給定和實際母線電壓比較后經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后得到控制量V_d，而直流電壓的給定來源于MPPT算法的輸出；V₀、V_q、V_d再經(jīng)經(jīng)過坐標(biāo)反變換得到三相靜止坐標(biāo)系下的調(diào)制量，產(chǎn)生輸出的三相電壓信號V_a?m、V_b?m、V_c?m到驅(qū)動電路，驅(qū)動電路輸出PWM信號。

所述直流電壓不低于600V，如果給定量低于600V，則強制給定量為600V。