帶續(xù)流開關(guān)的中點箝位型單相非隔離光伏逆變器主電路拓撲的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶續(xù)流開關(guān)的中點箝位型單相非隔離光伏逆變器的主電路拓撲。該拓撲首先在H橋逆變器的交流側(cè)加入了一個續(xù)流開關(guān)（由單相不控整流橋和一個開關(guān)管S5組成），該續(xù)流開關(guān)可使逆變器續(xù)流電流不流經(jīng)輸入電源，省去了能量回饋電源這個環(huán)節(jié)，提高了非隔離光伏逆變器的轉(zhuǎn)換效率。其次在逆變器直流輸入電容的中點和續(xù)流開關(guān)之間加入兩個箝位二極管D5和D6，使得續(xù)流階段逆變器共模電壓被有效箝位至直流輸入電壓的一半，改善了逆變器的共模特性，從而消除了光伏逆變器的共模漏電流，確保了使用時的人身和設(shè)備安全。
【專利說明】帶續(xù)流開關(guān)的中點箝位型單相非隔離光伏逆變器主電路拓撲

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種帶續(xù)流開關(guān)的中點箝位型單相非隔離光伏逆變器的主電路拓撲，該拓撲適用于對效率和人身設(shè)備安全要求較高的光伏發(fā)電場合，屬于電力電子直流-交流變換范疇。

【背景技術(shù)】
[0002]光伏并網(wǎng)逆變器要求效率高、成本低，能夠承受光伏電池輸出電壓波動大的不良影響，而且其交流輸出也要滿足較高的電能質(zhì)量。
[0003]按照逆變器是否帶有隔離變壓器可以分為隔離型和非隔離型。隔離型光伏逆變器實現(xiàn)了電網(wǎng)和電池板的電氣隔離，保障了人身和設(shè)備安全。但其體積大，價格高，系統(tǒng)變換效率較低。非隔離光伏逆變器結(jié)構(gòu)不含變壓器，具有效率高、體積小、重量輕、成本低等諸多優(yōu)勢。
[0004]目前，非隔離光伏逆變器系統(tǒng)的最高效率可以達到98%以上。但是，變壓器的移除使得輸入輸出之間存在電氣連接，由于電池板對地電容的存在，逆變器工作時會產(chǎn)生共模漏電流，增大系統(tǒng)電磁干擾，影響進網(wǎng)電流的質(zhì)量，危害人身和設(shè)備安全。
[0005]為了保證人身和設(shè)備安全，漏電流必須被抑制在一定的范圍內(nèi)。根據(jù)德國DIN VDE0126-1-1標準，當對地漏電流瞬時值大于300mA時，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)必須在0.3s內(nèi)與電網(wǎng)斷開。因此，在確定無共模漏電流的前提下，盡可能地提高光伏逆變器的效率、降低器件成本成為了目前光伏逆變器的研究熱點之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了消除共模漏電流，確保人身和設(shè)備安全，本發(fā)明提出一種帶續(xù)流開關(guān)的中點箝位型單相非隔離光伏逆變器的主電路拓撲，該拓撲可以改善逆變器共模特性，提高逆變器的變換效率。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:帶續(xù)流開關(guān)的中點箝位型單相非隔離光伏逆變器的主電路拓撲如圖1所示，其特征在于:在單相全橋逆變器的基礎(chǔ)上加入了續(xù)流開關(guān)(由單相不控整流橋和一個開關(guān)管&組成)和箝位電路(由兩電容Cdc;1、‘和兩二極管久、凡組成)。
[0008]具體電路拓撲如下:太陽能電池(Vpv)的正極分別與第一輸入電容(Cdcl)的正極和第一開關(guān)管(S)、第三開關(guān)管(S3)的漏極相連；太陽能電池(Vpv)的負極分別與第二輸入電容(Ctk2)的負極和第二開關(guān)管(?)、第四開關(guān)管(?)的源極相連；第一開關(guān)管(兄)的源極與第二開關(guān)管(?)的漏極相連；第三開關(guān)管(S3)的源極與第四開關(guān)管(?)的漏極相連；逆變器交流側(cè)用四個整流二極管(A，久，久，A)組成整流橋，其中第一整流二極管(A)和第二整流二極管(久)共陰極，第三整流二極管(A)和第四整流二極管(仏)共陽極，第一整流二極管(A)的陽極與第三整流二極管(久)的陰極相連，第二整流二極管(久)的陽極與第四整流二極管(A)的陰極相連；第一開關(guān)管(兄)的源極和第二開關(guān)管(?)的漏極的連接點A分別與第一整流二極管(A)的陽極、第三整流二極管(久)的陰極和第一濾波電感(Z/1)的一端相連；第一濾波電感(Z/1)的另一端分別與濾波電容(Cp的一端和電阻(W)的一端相連；第三開關(guān)管(S3)的源極和第四開關(guān)管(?)的漏極的連接點B分別與第二整流二極管(久)的陽極、第四整流二極管(仏)的陰極和第二濾波電感(Zi2)的一端相連；第二濾波電感(Zi2)的另一端分別與濾波電容(G)的另一端和電阻0?)的另一端相連；第五開關(guān)管(S5)的漏極與整流橋共陰極相連，源極與整流橋共陽極相連；第一箝位二極管(久)的陽極與第一輸入電容(Ctkl)的負極、第二輸入電容(6。2)的正極相連，陰極與整流橋的共陰極相連；第二箝位二極管(A5)的陰極與第一輸入電容(Cfcl)的負極、第二輸入電容(6。2)的正極相連，陽極與整流橋的共陽極相連。
[0009]本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
帶續(xù)流開關(guān)的中點箝位型單相非隔離光伏逆變器輸出電壓為三電平，與單極性調(diào)制的輸出電壓相同，有利于減小輸出濾波器的體積和重量。續(xù)流開關(guān)的加入，使得續(xù)流階段續(xù)流電流不流經(jīng)電源，省去了能量回饋電源這個環(huán)節(jié)，提高了逆變器的變換效率。箝位電路的加入，使得續(xù)流階段續(xù)流回路被箝位至直流輸入電壓的二分之一，可以完全消除共模漏電流。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1帶續(xù)流開關(guān)的中點箝位型單相非隔離光伏逆變器主電路拓撲；
圖2帶續(xù)流開關(guān)的中點箝位型單相非隔離光伏逆變器模態(tài)圖；
圖3帶續(xù)流開關(guān)的中點箝位型單相非隔離光伏逆變器驅(qū)動信號時序圖。

【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明:
如圖3所示，給出了本發(fā)明在一種控制方案中的控制時序圖，圖中從上至下波形分別為:第一開關(guān)管的柵源電壓波;第二開關(guān)管^2的柵源電壓波形^】;第三開關(guān)管Sf3
的柵源電壓波形% ;第四開關(guān)管1?的柵源電壓波形1;第五開關(guān)管^5的柵源電壓波形
VgJ。該非隔離光伏逆變器在一個逆變周期內(nèi)可分為4種工作模態(tài)，如圖2所示，分別對應(yīng)
[l|i2],[14,15]和[I5,Ig]四個時間段。以下簡要介紹各工作模態(tài)時逆變器的工作原理:
模態(tài)1:
如圖2(a)所示，在ItlI2]階段，開關(guān)管的柵源電壓為高電平，^、!^處于導(dǎo)通狀態(tài)；開關(guān)管和1?的柵源電壓為零，|?2、^和^5處于關(guān)斷狀態(tài)。電流從電源正極流出，流經(jīng)、負載、最后流回電源負極。此時Kaq= Kfv, Vm= O，故逆變器橋臂中點電壓 Kab= Kpv，共模電壓 Km=(Kaq+Kbq)/2=0.5Kpv。
[0012]模態(tài)2:
如圖2(b)所示，在階段,開關(guān)管巧石石和^的柵源電壓為零，巧、冬、巧和處于關(guān)斷狀態(tài)；開關(guān)管1?的柵源電壓為高電平,?處于導(dǎo)通狀態(tài)。電感電流續(xù)流，電流依次流經(jīng)，負載，Zi2，久，5.5，續(xù)流階段，太陽能電池板輸出端與電網(wǎng)斷開。當?shù)碾娢桓哂谳斎腚妷旱亩种粫r,二極管/?承受正向電壓導(dǎo)通，^q、%q的電位被箝位至輸入電壓的一半。當^q、Gq的電位低于輸入電壓的二分之一時,二極管*0彡承受正向電壓導(dǎo)通的電位被箝位至輸入電壓的一半。整個續(xù)流階段，Kaq= 0.5Kpv, Vm= 0.5κρν，故逆變器橋臂中點電壓ΚΑΒ=0，共模電壓Kem= (KAQ+KBQ)/2=0.5KPV。
[0013]模態(tài)3:
如圖2(c)所示，在[I4,15]階段,開關(guān)管的柵源電壓為高電平,處于導(dǎo)通狀態(tài)；開關(guān)管1^、^4和1^的柵源電壓為零，和1?處于關(guān)斷狀態(tài)。電流從電源正極流出，流經(jīng)負載、￡/l、g2,最后流回電源負極。此時匕q=0，Kbq= Kpv，故逆變器橋臂中點電壓 Kab=-Kpv,共模電壓 Km=(Kaq+Kbq)/2=0.5Kpv。
[0014]模態(tài)4:
如圖2(d)所示，在[?5,?6]階段,開關(guān)管巧、在、高和&的柵源電壓為零，巧、在石和^處于關(guān)斷狀態(tài)；開關(guān)管1?的柵源電壓為高電平,?處于導(dǎo)通狀態(tài)。電感電流續(xù)流，電流依次流經(jīng)&，負載，Ζλ，Α，5.5，/?4。續(xù)流階段，太陽能電池板輸出端與電網(wǎng)斷開。當?shù)碾娢桓哂谳斎腚妷旱亩种粫r，二極管1?承受正向電壓導(dǎo)通，的電位被箝位至輸入電壓的一半。當^的電位低于輸入電壓的二分之一時，二極管承受正向電壓導(dǎo)通,^Q、Gq的電位被箝位至輸入電壓的一半。整個續(xù)流階段，Kaq= 0.5Kpv, Vm= 0.5Kpv,故逆變器橋臂中點電壓KAB=0，共模電壓Kem= (KAQ+KBQ)/2=0.5KPV。
[0015]由以上分析可知，帶續(xù)流開關(guān)的中點箝位型單相非隔離光伏逆變器在使用合適的控制策略情況下，逆變器輸出電壓為三電平，與單極性調(diào)制的輸出電壓相同，有利于減小輸出濾波器的體積和重量。由于逆變器續(xù)流階段續(xù)流回路被箝位至輸入電壓的二分之一，逆變器的共模電壓恒定。共模電壓恒定可確保完全消除共模漏電流，降低了系統(tǒng)的電磁干擾，保證了人身和設(shè)備的安全。此外，開關(guān)&和整流橋構(gòu)成了續(xù)流回路，從而使得續(xù)流階段續(xù)流電流不流經(jīng)電源，省去了能量回饋電源這個環(huán)節(jié)，提高了逆變器的變換效率。
[0016]綜上所述，本發(fā)明解決了非隔離光伏逆變器不能完全消除共模漏電流、變換效率低等技術(shù)問題，具有一定的工程應(yīng)用價值。
【權(quán)利要求】
1.帶續(xù)流開關(guān)的中點箝位型單相非隔離光伏逆變器的主電路拓撲，其特征在于:在單相全橋逆變器的基礎(chǔ)上加入了續(xù)流開關(guān)(由單相不控整流橋和一個開關(guān)管S5組成)和箝位電路(由兩電容Gd、^dc2和兩二極管久、久組成)。
2.具體電路拓撲如下:太陽能電池(Vpv)的正極分別與第一輸入電容(Ctkl)的正極和第一開關(guān)管(兄)、第三開關(guān)管(S3)的漏極相連；太陽能電池(Vpv)的負極分別與第二輸入電容(Ctk2)的負極和第二開關(guān)管(?)、第四開關(guān)管(S4)的源極相連；第一開關(guān)管(兄)的源極與第二開關(guān)管(?)的漏極相連；第三開關(guān)管(S3)的源極與第四開關(guān)管(?)的漏極相連；逆變器交流側(cè)用四個整流二極管(A，久，久，A)組成整流橋，其中第一整流二極管(A)和第二整流二極管(久)共陰極，第三整流二極管(久)和第四整流二極管(A)共陽極，第一整流二極管(.D1)的陽極與第三整流二極管(A)的陰極相連，第二整流二極管(久)的陽極與第四整流二極管(A)的陰極相連；第一開關(guān)管(兄)的源極和第二開關(guān)管(?)的漏極的連接點A分別與第一整流二極管(A)的陽極、第三整流二極管(A)的陰極和第一濾波電感(Zil)的一端相連；第一濾波電感(Z/1)的另一端分別與濾波電容(Cp的一端和電阻(W)的一端相連；第三開關(guān)管(S3)的源極和第四開關(guān)管(?)的漏極的連接點B分別與第二整流二極管(久)的陽極、第四整流二極管(仏)的陰極和第二濾波電感(Zi2)的一端相連；第二濾波電感(Zi2)的另一端分別與濾波電容(G)的另一端和電阻0?)的另一端相連；第五開關(guān)管(S5)的漏極與整流橋共陰極相連，源極與整流橋共陽極相連；第一箝位二極管(久)的陽極與第一輸入電容(Ctkl)的負極、第二輸入電容(6。2)的正極相連，陰極與整流橋的共陰極相連；第二箝位二極管(A5)的陰極與第一輸入電容(Cfcl)的負極、第二輸入電容(6。2)的正極相連，陽極與整流橋的共陽極相連。
【文檔編號】H02M7/487GK104167946SQ201410402491
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月16日
【發(fā)明者】馬海嘯, 葉海云, 聶勛 申請人:南京郵電大學(xué)