本發(fā)明涉及電力電子直流-交流變換技術領域，特別是一種帶續(xù)流開關的箝位型三相非隔離光伏逆變器。

背景技術：

光伏并網逆變器要求效率高、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量。

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)了電網和電池板的電氣隔離，保障了人身和設備安全。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構不含變壓器，具有效率高、體積小、重量輕、成本低等諸多優(yōu)勢。

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，逆變器工作時會產生共模漏電流，增大系統(tǒng)電磁干擾，影響進網電流的質量，危害人身和設備安全。為了保證人身和設備安全，漏電流必須被抑制在一定的范圍內。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足而提供一種帶續(xù)流開關的箝位型三相非隔離光伏逆變器，該拓撲可以改善逆變器共模特性，提高逆變器的變換效率。

本發(fā)明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

根據(jù)本發(fā)明提出的一種帶續(xù)流開關的箝位型三相非隔離光伏逆變器，包括太陽能電池、三相橋式逆變器、濾波電路和負載電路，還包括續(xù)流開關和箝位電路；三相橋式逆變器包括第一至第六開關管，濾波電路包括第一至第三濾波電感和第一至第三濾波電容，負載電路包括第一至第三電阻，續(xù)流開關包括第七開關管和三相不控整流橋，三相不控整流橋包括第一至第六整流二極管，箝位電路包括第一至第三電容、上箝位開關管和下箝位開關管；其中，

太陽能電池的正極與第一電容的正極、第一開關管的漏極、第三開關管的漏極、第五開關管的漏極分別相連，太陽能電池的負極與第三電容的負極、第四開關管的源極、第六開關管的源極、第二開關管的源極分別相連，第一開關管的源極與第四開關管的漏極、第一濾波電感的一端、第一整流二極管的陽極分別連接，第三開關管的源極與第六開關管的漏極、第二濾波電感的一端、第二整流二極管的陽極分別連接，第五開關管的源極與第二開關管的漏極、第三濾波電感的一端、第三整流二極管的陽極分別連接，第一電容的負極與第二電容的正極、上箝位開關管的漏極分別連接，第二電容的負極與第三電容的正極、下箝位開關管的源極分別連接，上箝位開關管的源極與第七開關管的源極、第四整流二極管的陽極、第五整流二極管的陽極、第六整流二極管的陽極分別連接，下箝位開關管的漏極與第七開關管的漏極、第一整流二極管的陰極、第二整流二極管的陰極、第三整流二極管的陰極分別連接，第一整流二極管的陽極與第四整流二極管的陰極連接，第二整流二極管的陽極與第五整流二極管的陰極連接，第三整流二極管的陽極與第六整流二極管的陰極連接，第一濾波電感的另一端與第一濾波電容的正極、第一電阻的一端分別連接，第二濾波電感的另一端與第二濾波電容的正極、第二電阻的一端分別連接，第三濾波電感的另一端與第三濾波電容的正極、第三電阻的一端分別連接，第一濾波電容的負極與第二濾波電容的負極、第三濾波電容的負極、第一電阻的另一端、第二電阻的另一端、第三電阻的另一端分別連接。

作為本發(fā)明所述的一種帶續(xù)流開關的箝位型三相非隔離光伏逆變器進一步優(yōu)化方案，第一至第六開關管、第七開關管、上箝位開關管和下箝位開關管均為IXYS公司、型號為IXFH10N100P的MOSFET。

作為本發(fā)明所述的一種帶續(xù)流開關的箝位型三相非隔離光伏逆變器進一步優(yōu)化方案，第一至第三電容為450V/220μF的電解電容。

作為本發(fā)明所述的一種帶續(xù)流開關的箝位型三相非隔離光伏逆變器進一步優(yōu)化方案，第一至第六整流二極管均采用型號為MRU880的電力二極管。

作為本發(fā)明所述的一種帶續(xù)流開關的箝位型三相非隔離光伏逆變器進一步優(yōu)化方案，第一至第三濾波電感的大小均取為5mH，第一至第三濾波電容均采用400V/1μF的薄膜電容。

本發(fā)明采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果：帶續(xù)流開關的箝位型三相非隔離光伏逆變器由于續(xù)流開關的加入，使得續(xù)流階段續(xù)流電流不流經電源，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1/3或2/3，可以有效抑制共模漏電流。同時與現(xiàn)有的一些方案相比，本發(fā)明所使用的開關管數(shù)量較少，損耗減小，成本降低，可靠性提高。

附圖說明

圖1為帶續(xù)流開關的箝位型三相非隔離光伏逆變器主電路拓撲。

圖2(a)為處于模態(tài)1時的帶續(xù)流開關的箝位型三相非隔離光伏逆變器。

圖2(b)為處于模態(tài)2時的帶續(xù)流開關的箝位型三相非隔離光伏逆變器。

圖2(c)為處于模態(tài)3時的帶續(xù)流開關的箝位型三相非隔離光伏逆變器。

圖2(d)為處于模態(tài)4時的帶續(xù)流開關的箝位型三相非隔離光伏逆變器。

圖2(e)為處于模態(tài)5時的帶續(xù)流開關的箝位型三相非隔離光伏逆變器。

圖2(f)為處于模態(tài)6時的帶續(xù)流開關的箝位型三相非隔離光伏逆變器。

圖2(g)為處于模態(tài)7時的帶續(xù)流開關的箝位型三相非隔離光伏逆變器。

圖2(h)為處于模態(tài)8時的帶續(xù)流開關的箝位型三相非隔離光伏逆變器。

圖3為帶續(xù)流開關的箝位型三相非隔離光伏逆變器驅動信號時序圖。

圖中的附圖標記解釋為：U_PV為太陽能電池，S₁-S₇分別為第一至第七開關管，L_a、L_b、L_c分別為第一至第三濾波電感，C_fa、C_fb、C_fc分別為第一至第三濾波電容， R_a、R_b、R_c分別為第一至第三電阻，D_a1、D_b1、D_c1、D_a2、 D_b2、D_c2分別為第一至第六整流二極管，C_dc1、C_dc2、C_dc3分別為第一至第三電容，S_H為上箝位開關管，S_L為下箝位開關管。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明：

本發(fā)明的技術解決方案是：帶續(xù)流開關的箝位型三相非隔離光伏逆變器的主電路拓撲如圖1所示，在三相橋式逆變器的基礎上加入了續(xù)流開關（由三相不控整流橋和第七開關管S₇組成）和箝位電路（由第一至第三電容C_dc1、C_dc2、C_dc3和上箝位開關管S_H、下箝位開關管S_L組成）。

一種帶續(xù)流開關的箝位型三相非隔離光伏逆變器，包括太陽能電池U_PV、三相橋式逆變器、濾波電路和負載電路，還包括續(xù)流開關和箝位電路，三相橋式逆變器包括第一至第六開關管S₁-S₆，濾波電路包括第一至第三濾波電感L_a、L_b、L_c和第一至第三濾波電容C_fa、C_fb、C_fc，負載電路包括第一至第三電阻R_a、R_b、R_c，續(xù)流開關包括第七開關管S₇和三相不控整流橋，三相不控整流橋包括第一至第六整流二極管D_a1、D_b1、D_c1、D_a2、 D_b2、D_c2，箝位電路包括第一至第三電容C_dc1、C_dc2、C_dc3、上箝位開關管S_H和下箝位開關管S_L；其中，

太陽能電池的正極與第一電容的正極、第一開關管的漏極、第三開關管的漏極、第五開關管的漏極分別相連，太陽能電池的負極與第三電容的負極、第四開關管的源極、第六開關管的源極、第二開關管的源極分別相連，第一開關管的源極與第四開關管的漏極、第一濾波電感的一端、第一整流二極管的陽極分別連接，第三開關管的源極與第六開關管的漏極、第二濾波電感的一端、第二整流二極管的陽極分別連接，第五開關管的源極與第二開關管的漏極、第三濾波電感的一端、第三整流二極管的陽極分別連接，第一電容的負極與第二電容的正極、上箝位開關管的漏極分別連接，第二電容的負極與第三電容的正極、下箝位開關管的源極分別連接，上箝位開關管的源極與第七開關管的源極、第四整流二極管的陽極、第五整流二極管的陽極、第六整流二極管的陽極分別連接，下箝位開關管的漏極與第七開關管的漏極、第一整流二極管的陰極、第二整流二極管的陰極、第三整流二極管的陰極分別連接，第一整流二極管的陽極與第四整流二極管的陰極連接，第二整流二極管的陽極與第五整流二極管的陰極連接，第三整流二極管的陽極與第六整流二極管的陰極連接，第一濾波電感的另一端與第一濾波電容的正極、第一電阻的一端分別連接，第二濾波電感的另一端與第二濾波電容的正極、第二電阻的一端分別連接，第三濾波電感的另一端與第三濾波電容的正極、第三電阻的一端分別連接，第一濾波電容的負極與第二濾波電容的負極、第三濾波電容的負極、第一電阻的另一端、第二電阻的另一端、第三電阻的另一端分別連接。

第一至第三電阻R_a、R_b、R_c分別作為A相負載、B相負載、C相負載。

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：第一開關管S₁的柵源電壓波形V_gs1；第四開關管S₄的柵源電壓波形V_gs4；第三開關管S₃的柵源電壓波形V_gs3；第六開關管S₆的柵源電壓波形V_gs6；第五開關管S₅的柵源電壓波形V_gs5；第二開關管S₂的柵源電壓波形V_gs2；第七開關管S₇的柵源電壓波形V_gs7；上箝位開關管S_H的柵源電壓波形V_gsH；下箝位開關管S_L的柵源電壓波形V_gsL。該非隔離光伏逆變器按三個上橋臂開關管的開關狀態(tài)可分為八種工作模態(tài)。

定義逆變器開關狀態(tài)為[M₁,M₃,M₅,M₇,M_H,M_L]，其中，M₁為第一開關管的狀態(tài)，M₃為第三開關管的狀態(tài)，M₅第五開關管的狀態(tài)，M₇為第七開關管的狀態(tài)，M_H為上箝位開關管的狀態(tài)，M_L為下箝位開關管的狀態(tài)；

若第一開關管開通第四開關管關斷則M₁=1，若第三開關管開通第六開關管關斷則M₃=1，若第五開關管開通第二開關管關斷則M₅=1，第四開關管開通第一開關管關斷則M₁=0，若第第六開關管開通第三開關管關斷則M₃=0，若第二開關管開通第五開關管關斷則M₅=0，若第一至第六開關管均關斷，則M₁,M₃,M₅均用Z表示，若第七開關管導通則M₇=1，若第七開關管關斷則M₇=0，若上箝位開關管導通則M_H =1，若上箝位開關管關閉則M_H =0，若下箝位開關管導通則M_L =1，若下箝位開關管關閉則M_L =0；

因此逆變器6個非續(xù)流開關模態(tài)分別是[1,0,0,0,0,0]、[1,1,0,0,0,0]、[0,1,0,0,0,0]、[0,1,1,0,0,0]、[0,0,1,0,0,0]和[1,0,1,0,0,0]，2個續(xù)流開關模態(tài)分別是[Z,Z,Z,1,1,0]和[Z,Z,Z,1,0,1]。各模態(tài)如附圖2(a)至圖2(h)所示，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[1,0,0,0,0,0]開關狀態(tài)，開關管S₁、S₆和S₂的柵源電壓為高電平，S₁、S₆和S₂處于導通狀態(tài)；開關管S₃、S₄、S₅、S₇、S_H和S_L的柵源電壓為零，S₃、S₄、S₅、S₇、S_H和S_L處于關斷狀態(tài)。電流從電源正極流出，流經S₁—L_a—A相負載—中點N —B相負載、C相負載—L_b、L_c—S₂、S₆，最后流回電源負極。此時V_AQ=V_PV，V_BQ=V_CQ= 0，故共模電壓V_cm=(V_AQ+V_BQ+V_CQ)/3=1/3V_PV。

模態(tài)2：

如圖2(b)所示，在[1,1,0,0,0,0]開關狀態(tài)，開關管S₁、S₃和S₂的柵源電壓為高電平，S₁、S₃和S₂處于導通狀態(tài)；開關管S₄、S₅、S₆、S₇、S_H和S_L的柵源電壓為零，S₄、S₅、S₆、S₇、S_H和S_L處于關斷狀態(tài)。電流從電源正極流出，流經S₁、S₃—L_a、L_b—A相負載、B相負載—中點N —C相負載—L_c—S₂，最后流回電源負極。此時V_AQ= V_BQ=V_PV，V_CQ= 0，故共模電壓V_cm=(V_AQ+V_BQ+V_CQ)/3=2/3V_PV。

模態(tài)3：

如圖2(c)所示，在[0,1,0,0,0,0]開關狀態(tài)，開關管S₄、S₃和S₂的柵源電壓為高電平，S₄、S₃和S₂處于導通狀態(tài)；開關管S₁、S₅、S₆、S₇、S_H和S_L的柵源電壓為零，S₁、S₅、S₆、S₇、S_H和S_L處于關斷狀態(tài)。電流從電源正極流出，流經S₃—L_b—B相負載—中點N —A相負載、C相負載—L_a、L_c—S₄、S₂，最后流回電源負極。此時V_BQ=V_PV，V_AQ=V_CQ= 0，故共模電壓V_cm=(V_AQ+V_BQ+V_CQ)/3=1/3V_PV。

模態(tài)4：

如圖2(d)所示，在[0,1,1,0,0,0]開關狀態(tài)，開關管S₄、S₃和S₅的柵源電壓為高電平，S₄、S₃和S₅處于導通狀態(tài)；開關管S₁、S₂、S₆、S₇、S_H和S_L的柵源電壓為零，S₁、S₂、S₆、S₇、S_H和S_L處于關斷狀態(tài)。電流從電源正極流出，流經S₃、S₅—L_b、L_c—B相負載、C相負載—中點N —A相負載—L_a—S₄，最后流回電源負極。此時V_BQ= V_CQ=V_PV，V_AQ= 0，故共模電壓V_cm=(V_AQ+V_BQ+V_CQ)/3=2/3V_PV。

模態(tài)5：

如圖2(e)所示，在[0,0,1,0,0,0]開關狀態(tài)，開關管S₄、S₆和S₅的柵源電壓為高電平，S₄、S₆和S₅處于導通狀態(tài)；開關管S₁、S₂、S₃、S₇、S_H和S_L的柵源電壓為零，S₁、S₂、S₃、S₇、S_H和S_L處于關斷狀態(tài)。電流從電源正極流出，流經S₅—L_c—C相負載—中點N —A相負載、B相負載—L_a、L_b—S₄、S₆，最后流回電源負極。此時V_AQ= V_BQ=0，V_CQ=V_PV，故共模電壓V_cm=(V_AQ+V_BQ+V_CQ)/3=1/3V_PV。

模態(tài)6：

如圖2(f)所示，在[1,0,1,0,0,0]開關狀態(tài)，開關管S₁、S₆和S₅的柵源電壓為高電平，S₁、S₆和S₅處于導通狀態(tài)；開關管S₂、S₃、S₄、S₇、S_H和S_L的柵源電壓為零，S₂、S₃、S₄、S₇、S_H和S_L處于關斷狀態(tài)。電流從電源正極流出，流經S₁、S₅—L_a、L_c—A相負載、C相負載—中點N —B相負載—L_b—S₆，最后流回電源負極。此時V_AQ= V_CQ=V_PV，V_BQ= 0，故共模電壓V_cm=(V_AQ+V_BQ+V_CQ)/3=2/3V_PV。

模態(tài)7：

一旦開關管S₁、S₃和S₅的柵源電壓同時為高電平，開關管S₁、S₃、S₅處于導通狀態(tài)，那么開關管S₁、S₂、S₃、S₄、S₅和S₆需要立即關斷，S₇和S_H導通，電路進入續(xù)流階段。該模態(tài)的前一狀態(tài)一般是上橋臂的三個開關管中有兩個導通，這里以模態(tài)2進入模態(tài)7為例，在[Z,Z,Z,1,1,0]開關狀態(tài)，如圖2(g)所示，其他情況類似。這時電感電流續(xù)流，電流依次流經L_a、L_b—A相負載、B相負載—中點N —C相負載—L_c—D_c1—S₇—D_a2、D_b2；續(xù)流階段，太陽能電池板輸出端與電網斷開。開關管S_H的導通使V_AQ、V_BQ、V_CQ的電位被箝位至輸入電壓的2/3。該續(xù)流階段，V_AQ=V_BQ= V_CQ=2/3V_PV故共模電壓V_cm=(V_AQ+V_BQ+V_CQ)/3=2/3V_PV。

模態(tài)8：

一旦開關管S₄、S₆和S₂的柵源電壓同時為高電平，開關管S₄、S₆、S₂處于導通狀態(tài)，那么開關管S₁、S₂、S₃、S₄、S₅和S₆需要立即關斷，S₇和S_L導通，電路進入續(xù)流階段。該模態(tài)的前一狀態(tài)一般是上橋臂的三個開關管中有一個導通，這里以模態(tài)5進入模態(tài)0為例，在[Z,Z,Z,1,0,1]開關狀態(tài)，如圖2(h)所示，其他情況類似。電感電流續(xù)流，電流依次流經L_c—C相負載—中點N—A相負載、B相負載—L_a、L_b—D_a1、D_b1—S₇—D_c2；續(xù)流階段，太陽能電池板輸出端與電網斷開。下箝位開關管S_L的導通使V_AQ、V_BQ、V_CQ的電位被箝位至輸入電壓的1/3。該續(xù)流階段，V_AQ=V_BQ= V_CQ=1/3V_PV故共模電壓V_cm=(V_AQ+V_BQ+V_CQ)/3=1/3V_PV。

由以上分析可知，由于逆變器續(xù)流階段續(xù)流回路被箝位至輸入電壓的三分之一或二分之一，逆變器的共模電壓變化范圍從原來的0~V_PV減少到1/3V_PV~2/3V_PV，可確定共模漏電流得到抑制，降低了系統(tǒng)的電磁干擾，保證了人身和設備的安全。此外，開關S₇和整流橋構成了續(xù)流回路，從而使得續(xù)流階段續(xù)流電流不流經電源，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。

綜上所述，本發(fā)明解決了三相非隔離光伏逆變器共模漏電流大、變換效率低等技術問題，為抑制三相非隔離光伏逆變器共模漏電流提供了一種結構，具有一定的工程應用價值。

以上所述的具體實施方案，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步的詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方案而已，并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的構思和原則的前提下所做出的等同變化與修改，均應屬于本發(fā)明保護的范圍。