[发明专利]一种抑制和消除无变压器光伏并网系统漏电流的方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于光伏并网系统逆变技术领域，具体涉及一种抑制和消除无变压器光伏并网系统漏电流的方法和装置。

背景技术

近年来人们对能源的需求越来越大，对节能的要求也越来越高。太阳能作为一种清洁的可再生能源有着广阔的应用前景，并网式光伏系统将会成为一种趋势。过去光伏系统的成本主要取决于太阳能电池芯片的价格，而随着芯片生产能力的提高和价格的下降，逆变器越来越成为制约光伏系统成本的因素。

为了确保人身安全和避免漏电流，光伏并网系统的常采用带工频或高频变压器的隔离性逆变器。但工频变压器体积大、笨重且价格昂贵；高频变压器将使控制复杂化且降低了系统的效率。无变压器拓扑结构的逆变器能够很好的克服上述有变压器系统的不足，提高系统效率，降低成本，体积和重量利于小型化。

然而在无变压器的光伏并网系统中，交流电网和直流的光伏阵列之间存在直接的电气接触，，由于光伏阵列和地之间不可避免地存在寄生电容，为漏电流提供了通道，寄生电容上变化的电压将激励相应的漏电流，引起EMI等问题并造成安全隐患和保护设备的误动作等。

由于漏电流的频率和大小根据控制方式、器件特性、天气条件和其它环境因素等不同而有很大的变化，传统的滤波技术如LC滤波器、H5电路或H6电路改进方法均在抑制动态漏电流方面均有一定的局限性。

本发明提出的一种基于有源滤波思想的抑制无变压器光伏并网漏电流的方法和装置，具有实时监测、跟踪和动态补偿的特点，能有效地抑制和消除漏电流。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够抑制和消除无变压器光伏并网系统漏电流的方法和装置。能够对不同频率、不同大小的漏电流进行抑制和消除，工作范围广，受环境因素影响较小，适用于无变压器光伏并网系统。

本发明提出的抑制和消除漏电流的方法基于有源滤波和无功补偿的原理，通过检测漏电流波形，分析处理并产生一个与漏电流大小相等、相位相反的补偿电流。该补偿电流被注入电路后与漏电流叠加相消，达到抑制和消除漏电流的目的。

本发明提出的抑制和消除无变压器光伏并网系统漏电流的方法，具体步骤如下：

流入逆变器直流侧的电流                                                包括两部分，分别是光伏阵列输出的光电流和无变压器光伏并网系统的漏电流。经过漏电流检测器1和波形分析电路4，漏电流的幅值和相位信息被提取。指令电流运算电路5根据漏电流的波形信息计算并发出指令，指令的要求是补偿电流的大小与漏电流相同且相位与之相反。电流跟踪控制电路6根据指令信号和实际的补偿电流之间的关系，得出控制波形发生器中功率模块各个器件通断的信号，控制的结果应保证补偿电流跟踪其指令电流的变化，并且要求具有较好的实时性。波形发生器根据指令信号产生补偿电流并注入系统，使得系统的直流侧电流中只含光电流而不含漏电流。

由于寄生电容通交流隔直流的特性，直流成分不会流经寄生电容，从而达到抑制和消除漏电流的目的。上述原理用公式表示即为：

本发明提出的抑制和消除无变压器光伏并网系统漏电流的装置，由漏电流检测器1、中央控制器2、波形发生器3组成，其中：中央控制器2内设有波形分析电路4、指令电流运算电路5和电流跟踪控制电路6，波形分析电路4的输出端连接指令电路运算电路5，指令电路运算电路5的输出端连接电路跟踪控制电路6，波形发生器3内设有驱动电路7和功率模块8，驱动电路7的输出端连接功率模块8；漏电流检测器1设置于逆变器的直流侧并与中央控制器2的波形分析电路4的输入端相连接，用于检测和采样系统的漏电流，并将采样的漏电流信息输入中央控制器2；中央控制器2用于分析处理漏电流波形并产生补偿电流控制信号，波形发生器3设置于光伏阵列的输出端并与中央控制器的电流跟踪控制电路6输出端相连接，用于按照中央控制器的指令产生相应的补偿电流注入光伏系统。

本发明中，所述漏电流检测器1可以由电阻、变压器或电流传感器等器件及其相应辅助电路组成。

本发明中，所述波形发生器3的功率模块8可采用IGBT或MOSFET等半导体器件组成各种拓扑结构，可采取但不限于PWM技术生成相应波形。

本发明中，中央控制器2由波形分析电路、指令电流运算电路、电流跟踪控制电路组成。波形分析电路用于分析处理上述1）中漏电流检测器采样的漏电流信息；指令电流运算电路用于根据波形分析电路的结果和补偿目的计算所需的补偿电流；电流跟踪控制电路用于根据实际的补偿电流和指令电流运算电路要求的指令补偿电流之间的相互关系，控制波形发生器功率模块中各元件的通断。