载波调制的三电平光伏逆变器共模电压抑制研究
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模电压 。 则需要改进逆变器拓扑结构． 与传统两 电平光伏逆变器 相 比， Ｐ Ｎ Ｃ逆变器有两个 明显优 点［基于 Ｉ Ｂ ６ ］ ． Ｇ Ｔ的 Ｎ Ｃ三电平 高压 大功率 Ｐ
收 稿 日期 ：０ １０ －５ ２ １－７０
基金项 目： 广西教 育厅立项项 目（０ ｌ６ ４ ５； ２ ｌｏ Ｄ【０ ） 广西工学 院科学基金 （ 院科 自 １６ ２ ３ 资助 １６ ０ ） 作者简介 ： 文家燕 。 在读研究生 ， 研究方 向： 功率 变换器 ，－ ａ ： ｅｊ ｙｓ．１＠１６ｃｍ． Ｅ ｍ ｉ ｗ ａｉ ａ ０ ２ ２ ． ｌ ａ Ｏ ｏ
ｄ￣ｒ ｒｄ 危害的研究 ， 多文献表 明已经取得重大进展 ， 众 并且应用 到工程应用现 场． 但对其包含 的零序分量即
共模 电压的分析研究主要集 中在 ： ①控制策略优化 ； ②硬件改进 ； 变流器拓扑结构［基 于工程实际 、 ③ ５ ］ ． 成本
及 可行 性综 合 考 虑 ， 文 选 择从 控 制 策 略 优化 角 度 开 展研 究 ． 本 二 极 管箝 位式 多 电平 逆 变 器 Ｎ Ｃ （ ｅｔ １ ｏｎ．ｌｍｐｄ Ｐ Ｎ ｕｒ ． ｉｔ ａ ｅ ）是 三 电平 Ｐ ａＰ Ｃ ＷＭ 逆 变 器 常 见 结构 ，将 结合 Ｎ Ｃ三 电平 逆 变 器 拓 扑 结 构 。 度 分 析 共 模 电压 产 生 机 理 ， 过 优 化 开 关 序 列 组 合 ， 出改 进 的 载 波 略抑 Ｐ 深 通 提 制共 模 电压 ． 要 内容 包 括 ： 先 对 Ｎ Ｃ三 电平 拓 扑 结构 介 绍 ； 次 对 共 模 电压 的产 生 进行 分 析 ； 次 深入 主 首 Ｐ 其 再
越来越广． 与此同时 ， 其存在的一些显著负面效应备受关注［ ］ ： － 逆变器产生 的高频共模 电压 ， ３ 会在并网中产 生高幅值电流 ， 并形成电流谐波 ， 电网遭受“ 使 污染”增加器件的损耗 ； ， 高速开关的器件在每次动作时都会
对 电源产生很强的电磁干扰 ， 影响邻 近电子设备 的安全可靠运行． 负面效应 的存在不仅使系统 可靠性 上述
可知， 上述开关状态所对应的共模电压均不为 Ｏ 为￣ ｗ＇和＋ ｗ ２ 其共模Ｉ ／ｔ为 ， Ｖ／ ６ Ｖ／ ， ｄ ｄ ｌ ｖ
３ 即对两电平 ，
光伏逆变器而言 ， 不能从控制策略角度完全消除逆变器输 出的共模 电压 ， 共模 电压是两电平光伏逆变器输 出 电压 中存在 的必然现象 ． 该结论 同理可推广到具有偶数倍 的多 电平逆变器 中［ 为此 ， ６ ］ ． 要想有可能消除共
６ ０
广 西 工 学 院 学 报
第２ ２卷
光 伏 逆 变器 常 用 拓 扑结 构 见 图 １主 要 包 括 光 伏 电 池板 阵列 、 电 平 逆 变 器 、 波 器 及 电 网 其 中三 电平 ， 三 Ｌ滤 逆 变 器 由 １ 个 ＩＢ ２ Ｇ Ｔ和 ｌ 反 并 联 二极 管及 ６个 箝 位二 极 管 组成 ． 要 分析 Ｎ Ｃ三 电平 逆 变 器 的工 作 原 ２个 简 Ｐ
分析三电平 开关序列 ， 出一种经改进能 明显抑制共模电压 的调制策略 ； 提 最后通过仿真和实验验证 了该调
制 策 略 的可行 性 和 有效 性 ．
１ 三 电平逆变器原 理及 共模 电压
对于传 统两电平源自文库变器而言 ， 每相输 出为± Ｄ，， ０ 其三相有效开关状态 为 ８ 根据共模 电压 的定义【 ／ ２ 种． ３ 】
第２ ２卷 第 ３期
２ １ 年 ９月 ０１
广 西 工 学 院 学 报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬＯＦＧＵＡＮＧ￣ ＵＮＩ ＲＳＴＹ ＯＦ Ｔ ＣＨＮＯＬ ＶＥ Ｉ Ｅ ＯＧＹ
、 ．２ １ Ｎｏ３ ２ ． Ｓ ｐ ２ １ ｅ． ０ １
文章编号
１０ —４ ０ ２ １ ）３０ ５ －５ ０ ４６ １ （０ ０ －０ ９０ １
下降 ， 而且故 障率增加 ， 它所带来 的实际损失可能超过逆变系统 自身的成本 ［； ４ 因此 ， 研究多 电平逆变器共 模 电压产生 的机理 ， 对其加 以抑制具有重要 的理论及工程意义． 并 目前对 于三 相 ＶＳ 的输 出 电压 中包 含 的正 、 分 量 （ Ｉ 负 即差 模 电压 ）差 模 电压 的谐 波 分 析 及 差模 电压
压 抑 制 的有 效 性 ．
关 键 词 ： 变 器 ； 模 电压 ；Ｐ 逆 共 Ｓ ＷＭ 控 制 ； 波 载
中圈 分 类号 ：Ｍ６ Ｔ ４ 文献 标 志码 ： Ａ
０ 引言
在 光伏 逆 变器 逆 变 技 术产 业 化 进 程 中 ， 电平 电压 源 逆 变 器 （ Ｓ） 合 性 能 在 不 断提 高 ， 应 用 范 围 多 Ｖ Ｉ综 其
，
理 ， Ａ相 为 例 ， 开 通 ｓ・Ｓ ， 断 、 时 ， 逆 变 器 输 出端 可 以获 得 一 个 正 电 平 ； 通 、 关 断 以 当 ｄ 关 、 在 开 Ｓ， Ｓ 时 ， 出电 压 为 ０； Ｓ３Ｓ 通 ， 断 Ｓ 口Ｓ 、 输 当 ａ 开 ￣ － 关 时 ， 在 输 出端 得 到一 个 负 电平 ． 可 根据 其 原理 ． 以定 义 可 Ｓ（＝ ，，） 三 电平 逆 变器 的三 相 输 出 的开 关 函数 ， 具 体定 义为 ： ｘｘ ａｂｃ 为 其
载 波调制 的三 电平光伏逆变器共模 电压抑制研 究
文家燕 一袁 海英 邵章平 ２ － ， ，
（． １广西工学院 电子信息与控制工程系 广西 柳州 ５ ５ ０ ；． ４ ０ ６ ２合肥工业大学 电气与 自动化工程学院 安徽 合肥 ２０ ０ ） ３０９
摘 要 ： 对 中 高 压 大 功 率 三 电平 光伏 逆 变 器 应 用 中 共 模 电 压 的 负 面效 应 ， 析 其 产 生 机 理 ， 合 同相 载 波 调 制 策 略 针 分 结 对 逆 变 器共 模 电 压 的 抑 制 效 果 ， 过 改 进 开 关 序 列 组 合 ， 出一 种 改进 的 反相 载 波 调 制 策 略 ， 策 略 有 效 地 将 三 电平 通 提 该 光 伏逆 变 器 共 模 电压 减 小 为 同 相 载 波 调 制 策 略 下 的一 半 ，仿 真 和 实验 结 果 证 明 了所 提 出 的 改 进 的 可 行 性 和 对共 模 电
收 稿 日期 ：０ １０ －５ ２ １－７０
基金项 目： 广西教 育厅立项项 目（０ ｌ６ ４ ５； ２ ｌｏ Ｄ【０ ） 广西工学 院科学基金 （ 院科 自 １６ ２ ３ 资助 １６ ０ ） 作者简介 ： 文家燕 。 在读研究生 ， 研究方 向： 功率 变换器 ，－ ａ ： ｅｊ ｙｓ．１＠１６ｃｍ． Ｅ ｍ ｉ ｗ ａｉ ａ ０ ２ ２ ． ｌ ａ Ｏ ｏ
ｄ￣ｒ ｒｄ 危害的研究 ， 多文献表 明已经取得重大进展 ， 众 并且应用 到工程应用现 场． 但对其包含 的零序分量即
共模 电压的分析研究主要集 中在 ： ①控制策略优化 ； ②硬件改进 ； 变流器拓扑结构［基 于工程实际 、 ③ ５ ］ ． 成本
及 可行 性综 合 考 虑 ， 文 选 择从 控 制 策 略 优化 角 度 开 展研 究 ． 本 二 极 管箝 位式 多 电平 逆 变 器 Ｎ Ｃ （ ｅｔ １ ｏｎ．ｌｍｐｄ Ｐ Ｎ ｕｒ ． ｉｔ ａ ｅ ）是 三 电平 Ｐ ａＰ Ｃ ＷＭ 逆 变 器 常 见 结构 ，将 结合 Ｎ Ｃ三 电平 逆 变 器 拓 扑 结 构 。 度 分 析 共 模 电压 产 生 机 理 ， 过 优 化 开 关 序 列 组 合 ， 出改 进 的 载 波 略抑 Ｐ 深 通 提 制共 模 电压 ． 要 内容 包 括 ： 先 对 Ｎ Ｃ三 电平 拓 扑 结构 介 绍 ； 次 对 共 模 电压 的产 生 进行 分 析 ； 次 深入 主 首 Ｐ 其 再
越来越广． 与此同时 ， 其存在的一些显著负面效应备受关注［ ］ ： － 逆变器产生 的高频共模 电压 ， ３ 会在并网中产 生高幅值电流 ， 并形成电流谐波 ， 电网遭受“ 使 污染”增加器件的损耗 ； ， 高速开关的器件在每次动作时都会
对 电源产生很强的电磁干扰 ， 影响邻 近电子设备 的安全可靠运行． 负面效应 的存在不仅使系统 可靠性 上述
可知， 上述开关状态所对应的共模电压均不为 Ｏ 为￣ ｗ＇和＋ ｗ ２ 其共模Ｉ ／ｔ为 ， Ｖ／ ６ Ｖ／ ， ｄ ｄ ｌ ｖ
３ 即对两电平 ，
光伏逆变器而言 ， 不能从控制策略角度完全消除逆变器输 出的共模 电压 ， 共模 电压是两电平光伏逆变器输 出 电压 中存在 的必然现象 ． 该结论 同理可推广到具有偶数倍 的多 电平逆变器 中［ 为此 ， ６ ］ ． 要想有可能消除共
６ ０
广 西 工 学 院 学 报
第２ ２卷
光 伏 逆 变器 常 用 拓 扑结 构 见 图 １主 要 包 括 光 伏 电 池板 阵列 、 电 平 逆 变 器 、 波 器 及 电 网 其 中三 电平 ， 三 Ｌ滤 逆 变 器 由 １ 个 ＩＢ ２ Ｇ Ｔ和 ｌ 反 并 联 二极 管及 ６个 箝 位二 极 管 组成 ． 要 分析 Ｎ Ｃ三 电平 逆 变 器 的工 作 原 ２个 简 Ｐ
分析三电平 开关序列 ， 出一种经改进能 明显抑制共模电压 的调制策略 ； 提 最后通过仿真和实验验证 了该调
制 策 略 的可行 性 和 有效 性 ．
１ 三 电平逆变器原 理及 共模 电压
对于传 统两电平源自文库变器而言 ， 每相输 出为± Ｄ，， ０ 其三相有效开关状态 为 ８ 根据共模 电压 的定义【 ／ ２ 种． ３ 】
第２ ２卷 第 ３期
２ １ 年 ９月 ０１
广 西 工 学 院 学 报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬＯＦＧＵＡＮＧ￣ ＵＮＩ ＲＳＴＹ ＯＦ Ｔ ＣＨＮＯＬ ＶＥ Ｉ Ｅ ＯＧＹ
、 ．２ １ Ｎｏ３ ２ ． Ｓ ｐ ２ １ ｅ． ０ １
文章编号
１０ —４ ０ ２ １ ）３０ ５ －５ ０ ４６ １ （０ ０ －０ ９０ １
下降 ， 而且故 障率增加 ， 它所带来 的实际损失可能超过逆变系统 自身的成本 ［； ４ 因此 ， 研究多 电平逆变器共 模 电压产生 的机理 ， 对其加 以抑制具有重要 的理论及工程意义． 并 目前对 于三 相 ＶＳ 的输 出 电压 中包 含 的正 、 分 量 （ Ｉ 负 即差 模 电压 ）差 模 电压 的谐 波 分 析 及 差模 电压
压 抑 制 的有 效 性 ．
关 键 词 ： 变 器 ； 模 电压 ；Ｐ 逆 共 Ｓ ＷＭ 控 制 ； 波 载
中圈 分 类号 ：Ｍ６ Ｔ ４ 文献 标 志码 ： Ａ
０ 引言
在 光伏 逆 变器 逆 变 技 术产 业 化 进 程 中 ， 电平 电压 源 逆 变 器 （ Ｓ） 合 性 能 在 不 断提 高 ， 应 用 范 围 多 Ｖ Ｉ综 其
，
理 ， Ａ相 为 例 ， 开 通 ｓ・Ｓ ， 断 、 时 ， 逆 变 器 输 出端 可 以获 得 一 个 正 电 平 ； 通 、 关 断 以 当 ｄ 关 、 在 开 Ｓ， Ｓ 时 ， 出电 压 为 ０； Ｓ３Ｓ 通 ， 断 Ｓ 口Ｓ 、 输 当 ａ 开 ￣ － 关 时 ， 在 输 出端 得 到一 个 负 电平 ． 可 根据 其 原理 ． 以定 义 可 Ｓ（＝ ，，） 三 电平 逆 变器 的三 相 输 出 的开 关 函数 ， 具 体定 义为 ： ｘｘ ａｂｃ 为 其
载 波调制 的三 电平光伏逆变器共模 电压抑制研 究
文家燕 一袁 海英 邵章平 ２ － ， ，
（． １广西工学院 电子信息与控制工程系 广西 柳州 ５ ５ ０ ；． ４ ０ ６ ２合肥工业大学 电气与 自动化工程学院 安徽 合肥 ２０ ０ ） ３０９
摘 要 ： 对 中 高 压 大 功 率 三 电平 光伏 逆 变 器 应 用 中 共 模 电 压 的 负 面效 应 ， 析 其 产 生 机 理 ， 合 同相 载 波 调 制 策 略 针 分 结 对 逆 变 器共 模 电 压 的 抑 制 效 果 ， 过 改 进 开 关 序 列 组 合 ， 出一 种 改进 的 反相 载 波 调 制 策 略 ， 策 略 有 效 地 将 三 电平 通 提 该 光 伏逆 变 器 共 模 电压 减 小 为 同 相 载 波 调 制 策 略 下 的一 半 ，仿 真 和 实验 结 果 证 明 了所 提 出 的 改 进 的 可 行 性 和 对共 模 电