[实用新型]基于3D-SPWM的混合箝位式三电平三相四线制光伏系统

说明书

本实用新型涉及一种基于3D‑SPWM的混合箝位式三电平三相四线制光伏系统。

三电平逆变器具有耐压高，开关应力小，输出波形质量高等特点在高压大功率场合具有很广泛的应用。随着光伏产业的迅速发展，三电平乃至更多电平逆变器逐渐应用于光伏发电系统之中。但是对于非隔离的传统二极管箝位型三电平逆变系统，其中点电位的平衡、系统漏电流以及抗三相负载不平衡等问题很难同时得到很好的解决。而对于级联非隔离三电平光伏逆变系统，由于其需要多路独立电源（一般是独立的光伏电池板），这样每一路独立光伏电池板与大地之间都存在寄生电容，这样系统漏电流的抑制变得更加复杂与困难。另外，对于级联三电平光伏系统，由于每一路电池模组都有其自己的MPPT控制，这样容易导致三相并网电流的不平衡，因此需要增加额外的控制算法，这极大降低了系统的可靠行与实时性。

三相四线制传统二极管箝位型逆变器在有源滤波、特种电源等领域得到了广泛的应用，此种结构的三电平逆变器需要复杂的3D‑SVPWM控制算法，还要考虑中点电位平衡问题，这样会造成系统控制复杂度增加，严重影响系统可靠性。再者，有文献指出三相四线制系统中3D‑SVPWM和3D‑SPWM是归一的，即从控制性能指标方面两者没有什么区别。3D‑SVPWM控制的复杂度明显高于3D‑SPWM，但是对于三相四线制二极管箝位型逆变器，其中点电位的控制需要分析各个矢量对中点电位的影响，而3D‑SPWM则由于灵活性较差使得其控制中点电位的平衡变得困难。因此，对于此类结构的逆变器，只能采用3D‑SVPWM才能达到预期的效果。总之，三相四线制传统二极管箝位型逆变器的控制过于复杂，实现困难。

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种基于3D‑SPWM混合箝位式三电平三相四线制光伏系统。它采用3D‑SPWM控制方式，不仅可以有效降低系统漏电流，保证中点电位平衡，并且可以保证光伏系统独立运行时输出三相电压的平衡以及保证并网运行时三相并网电流的平衡。此外，通过对零序分量的控制可以有效降低中线电流。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于3D‑SPWM混合箝位式三电平三相四线制光伏系统，它包括并联的三相桥臂，每个桥臂包括四个串联的IGBT管，各相桥臂的中点经滤波器与相应电阻负载连接，各电阻负载接地；在并联的各桥臂输入端并联有串联的一对电容C1、电容C2，电容C1、电容C2与采集光伏阵列连接；在各桥臂中第一IGBT管和第四IGBT管间串接一对二极管，所述电容C1、电容C2的中点接地，同时在各对二极管上还并联箝位电容Cxi，其中i＝a，b，c；所述各IGBT管由控制电路采用3D‑SPWM方式控制，平衡中点电位。

所述滤波器采用LC滤波电路，其中的电容公共端接地。

所述控制电路包括依次连接的调理电路、采样电路、控制电路和驱动电路，调理电路采集光伏阵列的直流电压Vdc、直流电流Idc以及滤波器输出的三相电压Va、Vb、Vc和三相电流信号ia、ib、ic，三相电压Va、Vb、Vc还送入锁相电路，锁相电路与控制电路连接，控制电路还设有保护电路；驱动电路输出PWM控制各相桥臂中相应IGBT管的开通与关断。

所述控制电路采用FPGA模块，在并网运行模式时，采样得到的三相并网电流ia、ib、ic和锁相电路得到的电网电压的相位信息进行坐标变换，即由三相静止a‑b‑c坐标系变换为三维旋转坐标系d‑q‑0，进而得到三相并网电流的d轴有功、q轴无功、0轴零序分量；零序电流分量的给定值i₀*为0，这一给定分量和实际得到的零序分量进行比较后经PI调节器得到控制量V₀；无功分量的给定量i_q*也为0，这一给定量和实际得到的无功分量进行比较后经PI调节器得到控制量V_q；有功分量的给定i_d*由直流电压给定和实际母线电压比较后经PI调节器后得到控制量V_d，而直流电压的给定来源于MPPT算法的输出；V₀、V_q、V_d再经经过坐标反变换得到三相静止坐标系下的调制量，产生输出的三相电压信号V_a‑m、V_b‑m、V_c‑m到驱动电路，驱动电路输出PWM信号。

所述直流电压不低于600V，如果给定量低于600V，则强制给定量为600V。