[发明专利]改进型LCL滤波器对漏电流的抑制方法及中点平衡控制方法

摘要

本发明公开了一种改进型LCL滤波器对漏电流的抑制方法及中点平衡控制方法，包括有改进型LCL滤波器，改进型LCL滤波器包括有直流侧电源、分压电容、逆变器、LCL滤波器，基于分析三电平漏电流的等效电路，归纳出产生漏电流的激励源，并通过改进型LCL滤波器来抑制漏电流的输出，采用改进型LCL滤波器后，传统的中点平衡算法，比如滞环法和平衡因子法将不再适用。为此，对简单易行、控制精细的平衡因子法进行修正，得到了广义的平衡因子表达式，用于中点平衡控制；平衡因子表达式在传统的L型、LCL滤波器以及改进型LCL滤波器中均适用，应用范围更为广泛，仿真和实验证明了理论分析和算法的正确性。

主权项

一种改进型LCL滤波器对漏电流的抑制方法及中点平衡控制方法，其特征在于：包括有改进型LCL滤波器，改进型LCL滤波器包括有直流侧电源、分压电容、逆变器、LCL滤波器，所述的直流侧电源由太阳能电池板PV供电，太阳能电池板PV的两端分别连接有一个太阳能电池板PV对大地的分布电容，即寄生电容CPV，寄生电容CPV的寄生电容电压为UPV；所述的分压电容包括有两个相同极性的电容C1和电容C2组成，电容C1的正极与直流侧电源的正极连接，电容C1的负极与电容C2的的正极连接，电容C1与电容C2的连接点为分压电容的中点，分压电容的中点记为直流侧中性点O，电容C2的负极与直流侧电源的负极连接；所述的逆变器为二极管钳位型三电平逆变器，二极管钳位型三电平逆变器包括有三个并联的三电平桥臂，三个三电平桥臂的中点依次记为A、B、C点；所述的LCL滤波器包括有三个桥臂滤波电感L、三个网侧滤波电感Lg、三个滤波电容Cf；A、B、C三点分别通过滤波电感L连接网侧滤波电感Lg，各个滤波电感L与其对应的网侧滤波电感Lg之间通过节点连接一个滤波电容Cf，三个滤波电容Cf的另一端接于一处，记N点为滤波电容中点，三个网侧滤波电感Lg的另一端分别通过一个信号源接于一处，记n点为电网中性点，经过电网中性点n流向大地的电流icm为漏电流；所述的直流侧中性点O与滤波电容中点N连接；具体实现方法包括以下步骤：（1）改进型LCL滤波器对漏电流的抑制方法根据改进型LCL滤波器中滤波电容中点N和直流侧中性点O相连，以及基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律，可以得到 u J 0 = Lsi J + 1 C f s i fj Σ J = A , B , C i J = Σ j = a , b , c i fj + i cm - - - ( 1 ) 式（1）中，ifj为j相滤波电容电流，j=a，b，c；定义三相滤波电容电流之和为零序电流i0，由式（1）可得 u cm = Ls ( i cm 3 + i 0 3 ) + 1 C f s i 0 3 - - - ( 2 ) 由于，直流电压的差模分量Vdm可通过中点平衡控制策略来抑制，所以考虑共模电压ucm对漏电流的影响时，Vdm不予考虑，可得 u PV u cm 3 2 3 LL g C f C PV s 4 + ( LC f + 2 3 LC PV + 2 3 L g C PV ) s 2 + 1 - - - ( 3 ) 式（3）可简化为 u PV u cm = 3 ( LC f + 2 3 LC PV + 2 3 L g C PV ) s 2 + 1 - - - ( 4 ) 由上式（4）可以得出，采用改进型LCL滤波器后，寄生电容电压uPV可以看作是共模电压ucm滤波后的结果，只要优化设计改进型LCL滤波器的L、Lg和Cf值，uPV中共模电压的高频分量将大幅衰减，从而很好的抑制了漏电流；（2）改进型LCL滤波器的中点平衡控制方法采用改进型LCL滤波器后，零序电流i0注入到直流侧中性点O，此时直流侧中性点O的电位并非由中线电流inp唯一决定，而是由中线电流inp和注入的零序电流i0共同决定冗余小矢量作用时的中线电流绝对值不相等；设平衡因子为f,正小矢量100作用时间t0’和负小矢量211作用时间t7’满足以下关系式 t ′ 0 = 0.5 ( 1 + f ) · t 0 t ′ 7 = 0.5 ( 1 - f ) · t 0 - - - ( 5 ) 式中t0为总的冗余小矢量作用时间；由上式（5）并考虑三相输出电压矢量的次序，可以得出当参考矢量的一个开关周期流入中点的平均电荷为 Q np = ∫ 0 T s ( i np - i 0 ) dt = i np 0 t 0 ′ + i np 1 t 1 + i np 2 t 2 + i np 7 t 7 ′ - i 0 T s - - - ( 6 ) 令Qnp=Qnp0，可得到平衡因子f的表达式为 f = CV dm - i np 1 t 1 - i np 2 t 2 - i np 0 + i np 7 2 t 0 + i 0 T s i np 0 - i np 7 2 t 0 - - - ( 7 ) 平衡因子f是以Qnp=Qnp0为条件得出的，但实际上平衡因子还受到调制幅值的限制，必须满足约束条件：0≤f≤1；在此约束条件下，中点电位的不平衡可以完全得到抑制。