【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力电子直流-交流变换，适用于负载为交流负载，而电源为直流电源的应用场景，特别在光伏离网或并网逆变器中有较好的应用价值，具体涉及一种具有电容电压自平衡功能的共地型五电平光伏逆变器。
技术介绍
1、随着化石能源的消耗加剧和生态环境的持续恶化，开发和利用新型能源已成为迫切的需求。太阳能作为一种清洁、无害且资源丰富的可再生能源受到了广泛关注。其中，光伏发电作为利用太阳能的一种主要形式被重点研究。在2023年度《中国可再生能源发展报告》中显示，2023年中国可再生能源发展量达2.95万亿千瓦时，其中太阳能发电能为5833亿千瓦时，同比增长36.4％。据国际能源署(iea)的预测，到2028年可再生能源占全球发电量的42％以上，其中太阳能和风能发电占比为25％。然而，随着光伏发电的快速发展，传统光伏逆变器因包含隔离变压器而面临系统体积较大、成本较高和效率较低等诸多问题。因此，非隔离型光伏逆变器凭借体积小、成本低、转换效率高的优势，逐渐成为有效的解决方案，并在太阳能发电系统中得到广泛应用。
2、非隔离型光伏逆变器通过去除隔离变压器，直接将光伏输入侧与电网或负载相连，从而显著提高系统效率。然而，由于缺乏传统隔离器件提供的电气隔离功能，该结构也带来了新的技术挑战。特别是，光伏逆变器中的功率开关管在高频工作时会产生共模电压，这种电压会作用于光伏板与地之间的寄生电容、输出侧滤波器和电网阻抗形成的回路中，进而引发共模漏电流(通常称为漏电流)。漏电流的产生可能引发电磁干扰和辐射、并导致并网电流谐波畸变、变换效率降低，甚至对设备
3、针对这一问题，现有技术提出了共地型光伏逆变器，通过将光伏板的负端直接接入电网中性线，有效消除了漏电流。然而，现有电容型共地光伏逆变器存在不足，如缺乏倍压功能，开关电容持续放电会导致电压纹波增大，引发输出电压畸变，影响系统效率和性能。
4、有鉴于此，确有必要设计一种新的具有电容电压自平衡功能的共地型五电平光伏逆变器，以解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的是提出一种具有电容电压自平衡功能的共地型五电平光伏逆变器，以有效解决共地型逆变器中开关电容持续放电的问题，减小所需电容的容值，并显著提高输出电压波形的质量。
2、本专利技术提供了一种具有电容电压自平衡功能的共地型五电平光伏逆变器，包括光伏电池pv、具有电容电压自平衡功能的五电平逆变电路、单相输出lc滤波电路及单相负载。所述五电平逆变电路包括直流输入滤波电容cdc，两个开关电容c1、c2以及十个开关管s1～s10，其中开关管s1为无续流二极管的igbt，开关管s2～s9均为带续流二极管的igbt。所述的单相输出lc滤波电路和单相负载包括滤波电感lf、滤波电容cf和单相负载ro。
3、本专利技术的进一步改进在于，光伏电池pv的正极与直流输入滤波电容cdc的正极、开关管s1的集电极相连；开关管s1的发射极与开关管s2的集电极、开关管s3的集电极、开关管s4的集电极以及开关电容c1的正极相连；开关s2的发射极与开关管s9的集电极、滤波电感lf的一端相连；开关管s4的发射极与开关管s5的集电极、开关电容c2的正极相连；开关电容c1的负极与开关管s5的发射极、开关管s6的集电极、开关管s8的集电极相连；开关管s6的发射极与开关管s7的发射极相连；开关电容c2的负极与开关管s8的发射极、开关管s9的发射极以及开关管s10的发射极相连；滤波电感lf的另一端与滤波电容cf的正极、负载ro的一端相连；光伏电池pv的负极与直流输入滤波电容cdc的负极、开关管s3的发射极、开关管s7的发射极、开关管s10的集电极、滤波电容cf的负极以及负载ro的另一端相连。
4、本专利技术的进一步改进在于，在具有电容电压自平衡功能的共地型五电平光伏逆变电路中开关管s6和开关管s7采用反向串联的连接方式，从而实现该支路的电流双向流动。
5、本专利技术的进一步改进在于，定义了逆变器六个工作模态[m1、m2、m3、m4、m5、m6]；其中工作模态m1表示逆变器输出spwm电压为2upv；工作模态m2表示逆变器输出spwm电压为upv；工作模态m3表示逆变器输出spwm电压为0；工作模态m4表示逆变器输出spwm电压为-upv，此时开关电容c1处于充电状态，开关电容c2向负载提供能量；工作模态m5表示逆变器输出spwm电压为-upv，此时开关电容c1给电容c2进行充电，随后两者并联共同向负载供电；工作模态m6表示逆变器输出spwm电压为-2upv。
6、本专利技术还提供了一种具有电容电压自平衡功能的共地型五电平光伏逆变器的控制方法，用于控制上述的共地型五电平光伏逆变电路，具体包括以下步骤：
7、第一步：将正弦波参考信号uref分别与正半轴两路同相层叠三角载波uc1、uc2以及负半轴两路移相三角载波uc3、uc4进行交截比较，当uref>uc1时，输出高电平，当uref<uc1时，输出低电平，生成预处理信号a，并对其取反得到预处理信号a；同理，当uref>uc2时，输出高电平，当uref<uc2时，输出低电平，生成预处理信号b，并对其取反得到预处理信号b；当uref>uc3时，输出高电平，当uref<uc3时，输出低电平，从而生成预处理信号c，并对其取反得到预处理信号c；当uref>uc4时，输出高电平，当uref<uc4时，输出低电平，生成预处理信号d，并取反得到预处理信号d；
8、第二步：根据第一步生成的预处理信号，结合不同工作模态下的信号状态，确定每个开关管的逻辑控制信号。具体地，对预处理信号a的取反信号a和预处理信号b做与运算，预处理信号b的取反信号b和预处理信号c以及预处理信号d做与运算，预处理信号c和预处理信号d的取反信号d做与运算，再对三者的与运算结果做或运算，得到开关管s1的驱动信号ug1；对预处理信号a的取反信号a和预处理信号b做与运算，再对与运算结果和预处理信号a做或运算，得到开关管s2的驱动信号ug2；对预处理信号c的取反信号c和预处理信号d做与运算，预处理信号c的取反信号c和预处理信号d的取反信号d做与运算，再对两者的与运算结果做或运算，得到开关管s3的驱动信号ug3；对预处理信号a的取反信号a和预处理信号b做与运算，预处理信号b的取反信号b和预处理信号c以及预处理信号d做与运算，预处理信号c的取反信号c和预处理信号d做与运算，再对三者的与运算结果做或运算，得到开关管s4和s6的驱动信号ug4和ug6；对预处理信号c和预处理信号d的取反信号d做与运算，预处理信号c的取反信号c和预处理信号d的取反信号d做与运算，再对两者的与运算结果和预处理信号a做或运算，得到开关s5的驱动信号ug5；对预处理信号c和预本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有电容电压自平衡功能的共地型五电平光伏逆变器，其特征在于：包括光伏电池PV、具有电容电压自平衡功能的五电平逆变电路、单相输出LC滤波电路及单相负载；所述五电平逆变电路包括直流输入滤波电容Cdc，两个开关电容C1、C2以及十个开关管S1～S10，其中开关管S1为无续流二极管的IGBT，开关管S2～S10均为带续流二极管的IGBT；所述单相输出LC滤波电路和单相负载包括滤波电感Lf、滤波电容Cf和单相负载Ro。
2.根据权利要求1所述的具有电容电压自平衡功能的共地型五电平光伏逆变器，其特征在于：光伏电池PV的正极与直流输入滤波电容Cdc的正极、开关管S1的集电极相连；开关管S1的发射极与开关管S2的集电极、开关管S3的集电极、开关管S4的集电极以及开关电容C1的正极相连；开关S2的发射极与开关管S9的集电极、滤波电感Lf的一端相连；开关管S4的发射极与开关管S5的集电极、开关电容C2的正极相连；开关电容C1的负极与开关管S5的发射极、开关管S6的集电极、开关管S8的集电极相连；开关管S6的发射极与开关管S7的发射极相连；开关电容C2的负极与开关管S8的发射极、开
3.根据权利要求1所述的具有电容电压自平衡功能的共地型五电平光伏逆变器，其特征在于：开关管S6和开关管S7采用反向串联的连接方式，以实现该支路的电流双向流动。
4.根据权利要求1所述的具有电容电压自平衡功能的共地型五电平光伏逆变器，其特征在于：定义逆变器六个工作模态[M1、M2、M3、M4、M5、M6]；其中工作模态M1表示逆变器输出SPWM电压为2UPV；工作模态M2表示逆变器输出SPWM电压为UPV；工作模态M3表示逆变器输出SPWM电压为0；工作模态M4表示逆变器输出SPWM电压为-UPV，此时开关电容C1处于充电状态，开关电容C2向负载提供能量；工作模态M5表示逆变器输出SPWM电压为-UPV，此时开关电容C1给电容C2进行充电，随后两者并联共同向负载供电；工作模态M6表示逆变器输出SPWM电压为-2UPV。
5.根据权利要求1所述的具有电容电压自平衡功能的共地型五电平光伏逆变器，其特征在于：共地型光伏逆变器的控制方法具体包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的具有电容电压自平衡功能的共地型五电平光伏逆变器，其特征在于：定义逆变器每个工作模态下的开关状态配置，具体为：工作模态M1下的开关状态为[0,1,0,0,1,0,0,0,0,1]，工作模态M2下的开关状态为[1,1,0,1,0,0,0,1,0,1]，工作模态M3下的开关状态为[1,0,0,1,0,0,0,1,1,1]，工作模态M4下的开关状态为[1,0,0,0,1,1,1,0,1,0]，工作模态M5下的开关状态为[0,0,1,1,0,0,0,1,1,0]，工作模态M6下的开关状态为[0,0,1,0,1,0,0,0,1,0]，其中0表示IGBT开关管关断，1表示IGBT开关管导通。
...【技术特征摘要】
1.一种具有电容电压自平衡功能的共地型五电平光伏逆变器，其特征在于：包括光伏电池pv、具有电容电压自平衡功能的五电平逆变电路、单相输出lc滤波电路及单相负载；所述五电平逆变电路包括直流输入滤波电容cdc，两个开关电容c1、c2以及十个开关管s1～s10，其中开关管s1为无续流二极管的igbt，开关管s2～s10均为带续流二极管的igbt；所述单相输出lc滤波电路和单相负载包括滤波电感lf、滤波电容cf和单相负载ro。
2.根据权利要求1所述的具有电容电压自平衡功能的共地型五电平光伏逆变器，其特征在于：光伏电池pv的正极与直流输入滤波电容cdc的正极、开关管s1的集电极相连；开关管s1的发射极与开关管s2的集电极、开关管s3的集电极、开关管s4的集电极以及开关电容c1的正极相连；开关s2的发射极与开关管s9的集电极、滤波电感lf的一端相连；开关管s4的发射极与开关管s5的集电极、开关电容c2的正极相连；开关电容c1的负极与开关管s5的发射极、开关管s6的集电极、开关管s8的集电极相连；开关管s6的发射极与开关管s7的发射极相连；开关电容c2的负极与开关管s8的发射极、开关管s9的发射极以及开关管s10的发射极相连；滤波电感lf的另一端与滤波电容cf的正极、负载ro的一端相连；光伏电池pv的负极与直流输入滤波电容cdc的负极、开关管s3的发射极、开关管s7的发射极、开关管s10的集电极、滤波电容cf的负极以及负载ro的另一端相连。
3.根据权利要求1所述的具有电容电压自平衡功能的共地型五电平光伏逆变器，其特征在于：开关管s6和开关管s7采用反向串...
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