[发明专利]光伏组件串列的双向共模差模EMI滤波器及其设计方法

说明书

本发明属于光伏组件串列EMI滤波器技术领域，尤其涉及一种光伏组件串列的双向共模差模EMI滤波器及其设计方法，包括：逆变器侧高通型阻抗匹配网络、光伏组件串列侧高通型阻抗匹配网络、尖峰脉冲干扰信号抑制电路、共模与差模基本型低通滤波电路、共模隔离与差模隔离网络组成。本发明通过将光伏组件串列、逆变器和电网负载进行等效电路建模，考虑逆变器开关管开关工作时序和光伏组件串列自身分布参数的影响，对该过程中存在的共模和差模电磁干扰信号进行分析，进而针对性的设计了X叉接网络滤波器，为光伏组件串列与逆变器间的电力线载波通信内电磁干扰号的滤除提供一种EMI滤波器设计和分析方法。

技术领域

本发明属于光伏组件串列EMI滤波器技术领域，尤其涉及一种光伏组件串列的双向共模差模EMI滤波器及其设计方法。

背景技术

近年来，我国光伏发电产业步入快速发展阶段，光伏电站正向规模化和大型化发展，若干兆瓦级并网光伏电站相继在青海、甘肃、宁夏等地开工或运行。据国家能源局统计，截至2015年底，我国光伏发电装机达0.43亿kW，超过德国成为世界上光伏累计装机容量最大的国家。

目前现有的光伏发电电站中光伏组件串列运行监控系统的通信方式多采用无线、RS485等结合光纤传输的传统方式，但由于大型光伏发电电站规模庞大，因此传统通信方式显得捉襟见肘。目前，一种利用电力线载波技术与无线、光纤等多种通信方式融合的手段传输光伏组件运行状态数据的监控系统已经在科研院所开展研究。然而，该融合的通信方法的一个技术难点在于，逆变器产生的电磁干扰包含共模、差模两种电磁干扰信号，将严重影响电力线载波通信信号的传输。

目前电磁干扰(EMI)滤波器仅有逆变器内及交流开关电源的EMI滤波器。开关电源EMI滤波器是为了滤除开关电源的高频谐波而设计，用于提高电能质量，位置位于开关电源与负载阻抗之间。逆变器内的EMI滤波器是为满足电网侧35次以下谐波指标而设计，而逆变器的开关工作频率一般为10KHz到几十KHz，形成的电磁干扰信号也在这一频段范围内，这些干扰信号频率远高于电网侧35次以下谐波频率，因国际及国内对这一频段的电磁干扰抑制没有要求，所以逆变器生产厂家为节约成本大多不设这一频段的滤波器。这两种滤波器均仅滤除单干扰源的干扰信号，而在光伏组件阵列与逆变器间的直流侧均未设EMI滤波器。

发明内容

为了解决逆变器和光伏组件自身分布参数引起的电磁干扰，本发明提出了一种光伏组件串列的双向共模差模EMI滤波器，由逆变器侧高通型阻抗匹配网络、光伏组件串列侧高通型阻抗匹配网络、尖峰脉冲干扰信号抑制电路、共模差模基本π型低通滤波电路、共模隔离型X叉接网络以及差模隔离型X叉接网络组成。

所述共模隔离型X叉接网络的抑制共模电流的方式为：由端口①进②出的共模尖峰电流，因流进电感L₁中的电流不能突变，共模尖峰电流将经接到①端口的RC电路、O连线及接到②端口的RC电路流动；同时，由端口③进④出的共模尖峰电流也要流经O连线，这两者的电流在电路参数完全一样时，是大小相等、方向相反的，从而消除和抑制了共模尖峰电流。

所述差模隔离型X叉接网络的抑制差模电流的方式为：二个RC电路和电感L₂、L₃刚好组成文式电桥，因电桥在平衡时对端衰耗为无穷大，因此当由端口①进③出的差模电流在电路参数完全一样时，在②、④端口的流出和流进的电流应为零。

一种光伏组件串列的双向共模差模EMI滤波器设计方法，包括：

步骤一：根据光伏组件串列/阵列、逆变器及电网的连接关系，建立在逆变器开关器件轮流通断时产生的噪声干扰信号等效电路；

步骤二：对电网及负载、逆变器及组件阵列分别进行电路等效；

步骤三：对逆变器差模\共模电磁干扰信号进行分析和测试；

步骤四：对光伏组件串列电磁干扰信号进行分析和测试；