一種新型單相光伏逆變漏電流抑制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于電氣工程光伏逆變領(lǐng)域，具體說是一種新型單相光伏逆變漏電流 抑制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國是一個(gè)資源消耗大國，隨著近些年來我國工業(yè)的高速進(jìn)步與發(fā)展，我國對(duì)資 源的依賴性越來越強(qiáng)。然而能源環(huán)境日漸惡化，傳統(tǒng)能源逐漸枯竭，能源短缺已經(jīng)直接威脅 到了我國的可持續(xù)發(fā)展。
[0003] 在水能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮?、太陽能等諸多新能源中，太陽能是最具發(fā)展?jié)摿?的，它是一種取之不盡、用之不竭的潔凈安全可再生能源。光伏發(fā)電是目前人工太陽能能源 的主要應(yīng)用之一，光伏逆變器則是光伏發(fā)電的關(guān)鍵部分，其將光伏電池板（陣列）所發(fā)出的 直流電轉(zhuǎn)換為交流電，供給電網(wǎng)（并網(wǎng)）或是負(fù)載使用（離網(wǎng)）。
[0004] 在傳統(tǒng)的光伏并網(wǎng)逆變器中，一般會(huì)在輸出處加入工頻變壓器，W實(shí)現(xiàn)隔離作用。 但是工頻變壓器成本高，損耗大，對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器的輸出效率有很大的影響。因此為了提 高輸出效率，現(xiàn)多采用非隔離光伏逆變電路。非隔離光伏逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由于省略了 工頻變壓器，降低了制造成本，擁有效率高、重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于小功率光伏 逆變系統(tǒng)。但是，省略隔離元件（工頻變壓器）也同樣帶來了一個(gè)嚴(yán)重的問題，即系統(tǒng)中可 能會(huì)出現(xiàn)較大的對(duì)地漏電流。
[0005] 漏電流的本質(zhì)是共模電流，它的產(chǎn)生是由于光伏逆變系統(tǒng)與大地間存在有寄生電 容，并網(wǎng)工作時(shí)，寄生電容、光伏逆變系統(tǒng)和電網(wǎng)間形成回路，共模電壓會(huì)在寄生電容上產(chǎn) 生共模電流。
[0006] 在帶工頻變壓器的隔離光伏逆變系統(tǒng)中，由于回路中的工頻變壓器的繞組間寄生 電容阻抗較大，相當(dāng)于在回路中穿了一個(gè)電容，回路中因共模電壓產(chǎn)生的共模電流可W得 到相應(yīng)地抑制。
[0007] 而在非隔離光伏逆變系統(tǒng)中，回路阻抗相對(duì)較小，共模電壓會(huì)在非隔離光伏逆變 系統(tǒng)和大地之間的寄生電容上產(chǎn)生較大的漏電流。
[0008] 因此，非隔離光伏逆變系統(tǒng)中的漏電流不僅會(huì)引起并網(wǎng)電流崎變、電磁干擾等問 題，還有可能對(duì)使用者的人身安全構(gòu)成威脅。
[0009] 傳統(tǒng)的全橋逆變電路如圖1所示，該全橋逆變電路由四個(gè)開關(guān)管S1、S2、S3、S4組 成兩個(gè)橋臂，橋臂的中點(diǎn)分別經(jīng)過濾波電感L。、U，與負(fù)載或電網(wǎng)的LN線化是相線，N是 中性線）連接，圖1中Cdc為直流母線支撐電容。該方案中，四個(gè)開關(guān)管均工作在高頻狀態(tài)。 直流電流經(jīng)全橋逆變電路，通過SPWM調(diào)制（正弦脈寬調(diào)制）后，輸出高頻的交流電，經(jīng)輸出 LC濾波后，得到50化（或60化）的工頻交流電。
[0010] 傳統(tǒng)的全橋逆變電路的共模漏電流回路如圖2所示，Ra、Rb為線路阻抗。各點(diǎn)（指 上、下橋臂中點(diǎn)）通過雜散電容接地。經(jīng)簡(jiǎn)化可得圖3所示模型。 W11] 總共模電壓有： 柳1引
式I
[001引式中，Vtm為回路共模電壓，V 回路差模電壓。Vttm為回路差模電壓與共模電壓 之和，可看做總共模電壓。V。為上橋臂中點(diǎn)處電壓，Vb為下橋臂中點(diǎn)處電壓，Z。和Zb為L(zhǎng)和N兩線上的阻抗。
[0014] 由圖3所示簡(jiǎn)化模型和式1可W看出，共模電流受到橋臂中點(diǎn)輸出的共模電壓和 差模電壓的共同影響，其中，差模電壓的作用效果與兩個(gè)橋臂輸出側(cè)的濾波電感的值有關(guān)： 當(dāng)并網(wǎng)濾波電感L。、Lb取值不同時(shí)，差模電壓Vdm會(huì)對(duì)總共模電壓Vttm產(chǎn)生影響；當(dāng)并網(wǎng)濾 波電感L。、Lb取值相同時(shí)，則差模電壓V^不起作用，式1可W簡(jiǎn)化為 引
式2
[0016] 總共模電壓產(chǎn)生的共模電流（即漏電流）itm，其值與寄生電容Cpy和共模電壓變化 率dVtcm/化成正比。其表達(dá)式為：
[0017]
式 3
[0018] 由W上分析可知，對(duì)于傳統(tǒng)單相非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)?，漏電流有效抑?有兩個(gè)基本條件，一是各個(gè)橋臂參數(shù)對(duì)稱，電感值選取一致；二是使得共模電壓保持恒定。
[0019] 表1給出單相逆變器開關(guān)狀態(tài)和共模電壓V。。之間的關(guān)系。
[0020] 表1單相逆變器開關(guān)狀態(tài)和共模電壓關(guān)系
[0021]
陽02引 表中：
[002引 S。、Sb為上、下橋臂開關(guān)狀態(tài)，1表示開通，0便是關(guān)斷， 陽024] Sgb為輸出狀態(tài)，可看做Sg-Sb，1表示輸出為正，0便是無輸出，-1表示輸出為負(fù)，
[0025] Va為上橋臂輸出電壓，
[0026] Vb為下橋臂輸出電壓，
[0027] Vcm為共模電壓。 陽0測(cè) Vdc為輸入直流電壓。
[0029] 下面根據(jù)表1分析調(diào)制方法對(duì)共模電流itm的影響。
[0030] 單相全橋逆變PWM調(diào)制，一般來說，可W分成雙極性調(diào)制和單極性調(diào)制。
[0031] 對(duì)于雙極性調(diào)制而言，總的輸出狀態(tài)Sgb只會(huì)有兩種情何況：-1和1，而運(yùn)兩種狀態(tài) 下，共模電壓都為0. 5Vdc，根據(jù)式3可知，共模電壓變化率為0,所W雙極性調(diào)制時(shí)共模電流 為0 ;
[0032] 單極性調(diào)制（包括倍頻）中輸出狀態(tài)Sab會(huì)包含0的情況，使得其共模電壓在 0. 5Vdc、Vdc和O之間變化，因此，根據(jù)式3可知，共模電壓變化率不為0,所W單極性調(diào)制時(shí) 存在漏電流。
[0033] 當(dāng)采用單極性調(diào)制時(shí)，會(huì)造成嚴(yán)重的對(duì)地漏電流。而采用雙極性調(diào)制，會(huì)造成輸出 紋波過大等問題。
[0034] 與圖1~3所示方案相近的技術(shù)方案冊(cè)拓?fù)淙鐖D4所示。其工作原理如下：
[0035] 在正半周期時(shí)：開關(guān)管Sl始終保持開通，開關(guān)管S3和S6工作在開關(guān)頻率狀態(tài)，其 余始終關(guān)斷。S3和S6開通時(shí)，輸入側(cè)流經(jīng)開關(guān)管S3、Sl和S6形成回路，a點(diǎn)電壓V。等于 Vdc,b點(diǎn)電壓Vb等于0,此時(shí)Vtem等于0. 5VDC;開關(guān)管S3和S6關(guān)斷時(shí)，電流流經(jīng)開關(guān)管Sl和 二極管Dl形成回路，此時(shí)a點(diǎn)電壓V。等于0. 5VDC，b點(diǎn)電壓Vb也等于0. 5VDC，此時(shí)Vtcm等于 0. 5VdcO
[0036] 在負(fù)半周期時(shí)：開關(guān)管S5始終保持開通，開關(guān)管S4和S2工作在開關(guān)頻率狀態(tài)，其 余始終關(guān)斷。開關(guān)管S4和S2開通時(shí)，輸入側(cè)流經(jīng)開關(guān)管S4、S5和S2形成回路，a點(diǎn)電壓 V。等于0,b點(diǎn)電壓Vb等于VDC，此時(shí)Vtem等于0. 5VDC;開關(guān)管S4和S2關(guān)斷時(shí)，電流流經(jīng)開關(guān) 管S5和二極管D2形成回路，此時(shí)a點(diǎn)電壓V。等于0. 5VDC，b點(diǎn)電壓Vb也等于0. 5VDC，此時(shí) Vtcm等于0. 5VDC。由于共模電壓在每個(gè)周期內(nèi)都保持0.SVdc常量，根據(jù)式3可知，漏電流為 零。
[0037] 圖4所示方案的缺點(diǎn)在于：在高頻狀態(tài)工作時(shí)，電流需流過3個(gè)開關(guān)管，由此造成 的損耗會(huì)比全橋逆變電路（圖1所示方案）下要高。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0038] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種新型單相光伏逆變 漏電流抑制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過增大共?；芈纷杩箒硪种茖?duì)地漏電流，不但保留了非隔離逆變 拓?fù)涞母咝实膬?yōu)點(diǎn)，而且避免出現(xiàn)較大的對(duì)地漏電流。
[0039] 為達(dá)到W上目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是：
[0040] 一種新型單相光伏逆變漏電流抑制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：
[0041] 開關(guān)管S1、S2、S3、S4、S5、S6，
[0042] 二極管D1、D2， 陽0創(chuàng)直流支撐電容Cd。
[0044]開關(guān)管SI的發(fā)射極與開關(guān)管S3的發(fā)射極連接，連接點(diǎn)作為a點(diǎn)， W45] 開關(guān)管S3的集電極與開關(guān)管S4的集電極連接，
[0046] 開關(guān)管S4的發(fā)射極與開關(guān)管S5的集電極連接，連接點(diǎn)作為C點(diǎn)，
[0047] 開關(guān)管Sl的集電極和開關(guān)管S2的集電極連接，
[0048] 開關(guān)管S5的發(fā)射極和開關(guān)管S6的發(fā)射極連接，
[0049] 開關(guān)管S2的發(fā)射極和二極管Dl的正極連接，連接點(diǎn)作為b點(diǎn)，
[0050] 開關(guān)管S6的集電極和二極管D2的正極連接，連接點(diǎn)作為d點(diǎn)，
[0051] 二極管Dl的負(fù)極和二極管D2的負(fù)極連接，
[0052] 連接點(diǎn)a點(diǎn)和連接點(diǎn)d點(diǎn)連接，
[0053] 連接點(diǎn)b點(diǎn)和連接點(diǎn)C點(diǎn)連接，
[0054]