非隔離并網(wǎng)變換器、空調(diào)系統(tǒng)及變換器控制方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及高效并網(wǎng)變換器領域，尤其涉及一種非隔離并網(wǎng)變換器、包含有該非隔離并網(wǎng)變換器的空調(diào)系統(tǒng)、以及該非隔離并網(wǎng)變換器的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏空調(diào)因節(jié)能、環(huán)保、高效性能等原因而得到越來越多的應用。目前，光伏空調(diào)并網(wǎng)環(huán)節(jié)主要采用隔離變壓器和無隔離變壓器的非隔離結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)光伏電池向電網(wǎng)的電能傳遞。
[0003]采用隔離變壓器的光伏空調(diào)系統(tǒng)成本高、重量重、體積大，轉(zhuǎn)換效率低等缺點。現(xiàn)有的采用無隔離變壓器的非隔離結(jié)構(gòu)的光伏空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、成本高、控制方法繁瑣。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的一個目的是提出一種采用雙向AC/DC變換器來實現(xiàn)整流、功率因數(shù)校正及并網(wǎng)功能的非隔離并網(wǎng)變換器。
[0005]本發(fā)明的另一個目的是提出一種包含有上述非隔離并網(wǎng)變換器的空調(diào)系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的又一個目的是提出一種實現(xiàn)低漏電流、高進網(wǎng)電流質(zhì)量的非隔離并網(wǎng)變換器的控制方法。
[0007]為達此目的，一方面，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種非隔離并網(wǎng)變換器，所述變換器至少包括整流逆變單元，具有整流、逆變雙向功能；整流逆變單元包括相串聯(lián)的第一電容Cw和第二電容Cm，相串聯(lián)的第三開關管S3、第四開關管S4、第五開關管S5和第六開關管S 6;在第一電容C &和第二電容C &之間形成節(jié)點1、在所述第三開關管S3和第四開關管S4之間形成節(jié)點g、在所述第四開關管S4和第五開關管S5之間形成節(jié)點a、在所述第五開關管S 5和第六開關管S 6之間形成節(jié)點h，在節(jié)點g和節(jié)點h之間串聯(lián)有第三鉗位二極管D3和第四鉗位二極管D 4，在第三鉗位二極管隊和第四鉗位二極管D4之間形成節(jié)點b，節(jié)點b連接至節(jié)點i ;節(jié)點a和節(jié)點b之間串聯(lián)有第二電感L2和電網(wǎng)電源；其中，第一電容Cm的負極分別連接至所述第二開關管32的發(fā)射極、低電平、第六開關管&的發(fā)射極；第一電容C &的正極連接至第二電容C &的負極；第二電容Cdc2的正極分別連接至所述第二續(xù)流二極管D2的陰極、所述輸出端、所述第三開關管S3的集電極；所述第三開關管&的發(fā)射極分別連接至所述第三鉗位二極管D3的陰極和所述第四開關管&的集電極；所述第四開關管S 4的發(fā)射極分別連接至所述第二電感L 2和所述第五開關管&的集電極；所述第五開關管S 5的發(fā)射極分別連接至第四鉗位二極管D 4的陽極和所述第六開關管S6的集電極。
[0009]特別是，所述第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4、第五開關管SjP /或第六開關管S 6分別由一個IGBT和一個續(xù)流二極管組成；每個續(xù)流二極管的陽極連接至相應IGBT的發(fā)射極，每個續(xù)流二極管的陰極連接至相應IGBT的集電極。
[0010]另一方面，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0011]—種空調(diào)系統(tǒng)，包括空調(diào)單元、蓄電池組件、電容支路、交錯開關單元和上述的非隔離并網(wǎng)變換器；其中，所述空調(diào)單元至少包括負載空調(diào)；所述負載空調(diào)的第一端接地，第二端連接至所述非隔離并網(wǎng)變換器的輸出端；所述電容支路和所述交錯開關單元為整體結(jié)構(gòu)；所述蓄電池組件包括蓄電池、蓄電池電容Cbat、第三電感L3、第七開關管S7、第八開關管S8和輸出電容C d。;蓄電池電容C bat的正極分別連接至蓄電池的正極和第三電感L 3的第一端，蓄電池電容Cbat的負極分別連接至蓄電池的負極和所述第七開關管S 7的發(fā)射極、所述輸出電容Cd。的負極、以及低電平；第三電感L 3的第二端分別連接至所述第七開關管S 7的集電極和所述第八開關管&的發(fā)射極；所述第八開關管58的集電極分別連接至所述輸出電容Cd。的正極、所述空調(diào)單元的第二端、以及所述非隔離并網(wǎng)變換器的輸出端。
[0012]特別是，所述第七開關管S7和第八開關管S s分別由一個IGBT和一個續(xù)流二極管組成；每個續(xù)流二極管的陽極連接至相應IGBT的發(fā)射極，每個續(xù)流二極管的陰極連接至相應IGBT的集電極。
[0013]特別是，所述電容支路包括濾波電容Cpv;所述濾波電容Cpv的正極連接至太陽能電池的正極，負極連接至太陽能電池的負極。
[0014]特別是，所述交錯開關單元用于直流變換和最大功率跟蹤；所述交錯開關單元包括相串聯(lián)的第一續(xù)流二極管D1和第一開關管S 1、以及相串聯(lián)的第二開關管S2和第二續(xù)流二極管D2,所述第一續(xù)流二極管D1和第一開關管S i之間形成節(jié)點e，第二開關管S 2和第二續(xù)流二極管D2之間形成節(jié)點f，節(jié)點e和節(jié)點f之間連接有第一電感L U其中，第一續(xù)流二極管01的陽極分別連接至所述濾波電容Cpv的負極、所述太陽能電池的負極、所述第二開關管S2的發(fā)射極、以及低電平；第一開關管S i的集電極分別連接至所述濾波電容C pv的正極、所述太陽能電池的正極、所述第二續(xù)流二極管D2的陰極、以及輸出端。
[0015]再一方面，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0016]—種基于上述的非隔離并網(wǎng)變換器的控制方法，所述控制方法包括整流模式，當交流輸入電網(wǎng)電壓處于正半周期時第四開關管&持續(xù)導通，當?shù)谌_關管S3導通時交流側(cè)電壓Uab= U &/2，線電流給第二電容Cde2充電、且充電電流逐漸減??；當?shù)谖彘_關管S5導通時交流側(cè)電壓Uab= 0，線電流線性增加、且直流側(cè)的第一電容C -和所述第二電容C &同時放電；當交流輸入電網(wǎng)電壓處于負半周期時第五開關管S5持續(xù)導通，當?shù)谒拈_關管S 4導通時交流側(cè)電壓Uab= O ;當?shù)诹_關管S 6導通時交流側(cè)電壓U ab= -U dc/20
[0017]特別是，所述控制方法包括逆變模式，當?shù)谌_關管S3和第四開關管S 4同時導通時所述非隔離并網(wǎng)變換器輸出正電壓，當?shù)谒拈_關管S4和第五開關管S5同時導通時所述非隔離并網(wǎng)變換器輸出零電壓，當?shù)谖彘_關管S5和第六開關管S6同時導通時所述非隔離并網(wǎng)變換器輸出負電壓。
[0018]本發(fā)明非隔離并網(wǎng)變換器至少包括整流逆變單元，采用雙向AC/DC變換器來實現(xiàn)整流、PFC(功率因數(shù)校正)及并網(wǎng)功能，取消了隔離變壓器、減少了器件數(shù)量，結(jié)構(gòu)更緊湊、體積小、轉(zhuǎn)換效率更高。
[0019]本發(fā)明空調(diào)系統(tǒng)包括上述非隔離并網(wǎng)變換器，系統(tǒng)體積小、生產(chǎn)成本低，能效更尚O
[0020]本發(fā)明非隔離并網(wǎng)變換器的控制方法包括整流模式和逆變模式，實現(xiàn)低漏電流、高進網(wǎng)電流質(zhì)量，整流可以提高耐壓等級，降低交流諧波電壓、電流，提高功率因數(shù)。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例一提供的非隔離并網(wǎng)變換器的電路示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例一提供的共模電流通路的電路示意圖；
[0023]圖3至圖5是本發(fā)明優(yōu)選實施例一提供的雙向AC/DC三電平整流的三種有效開關狀態(tài)不意圖；
[0024]圖6至圖8是本發(fā)明優(yōu)選實施例一提供的雙向AC/DC三電平逆變的三種有效開關狀態(tài)不意圖；
[0025]圖9是本發(fā)明優(yōu)選實施例一提供的空調(diào)系統(tǒng)的電路示意圖。
[0026]圖中標記為:
[0027]1、電容支路；2、交錯開關單元；3、整流逆變單元；4、空調(diào)單元；5、非隔離并網(wǎng)變換器；41、蓄電池組件；42、負載空調(diào)。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0029]優(yōu)選實施例一:
[0030]本優(yōu)選實施例公開一種非隔離并網(wǎng)變換器，如圖1所示，變換器至少包括整流逆變單元3，具有整流、逆變雙向功能。
[0031 ] 整流逆變單元3包括相串聯(lián)的第一電容Cm和第二電容C dc2,相串聯(lián)的第三開關管S3、第四開關管S4、第五開關管S5和第六開關管S 6;在第一電容C ^和第二電容C ^之間形成節(jié)點1、在第三開關管S3和第四開關管S4之間形成節(jié)點g、在第四開關管S4和第五開關管S5之間形成節(jié)點a、在第五開關管S 5和第六開關管S 6之間形成節(jié)點h ;在節(jié)點g和節(jié)點h之間串聯(lián)有第三鉗位二極管D3和第四鉗位二極管D 4，用于保證開關管關斷時僅承受輸入電壓的一半。在第三鉗位二極管D3和第四鉗位二極管D 4之間形成節(jié)點b，節(jié)點b連接至節(jié)點i ;節(jié)點a和節(jié)點b之間串聯(lián)有第二電感L2和電網(wǎng)電源。
[0032]其中，第一電容Cu的負極分別連接至第二開關管S2的發(fā)射極、低電平、第六開關管36的發(fā)射極；第一電容Cdel的正極連接至第二電容Cde2的負極；第二電容Cde2的正極分別連接至第二續(xù)流二極管D2的陰極、輸出端、第三開關管S 3的集電極；第三開關管S 3的發(fā)射極分別連接至第三鉗位二極管D3的陰極和第四開關管S 4的集電極；第四開關管S 4的發(fā)射極分別連接至第二電感L2和第五開關管S 5的集電極；第五開關管S 5的發(fā)射極分別連接至第四鉗位二極管D4的陽極和第六開關管S6的集電極。
[0033]如圖2所示，采用非隔離變換器5的結(jié)構(gòu)會導致電池板和電網(wǎng)之間存在電氣連接，在電池板和地之間產(chǎn)生寄生電容，在回路中產(chǎn)生的共模電流，即漏電流。在本發(fā)明中，基于箝位二極管的三電平變換器拓撲結(jié)構(gòu)具有彌補由無隔離變壓器帶來的漏電流和進網(wǎng)直流分量問題，可以實現(xiàn)如單極性SPffM全橋變換器一樣的差模輸出電壓、開關器件電壓應力低；即，采用半橋三電平結(jié)構(gòu)替代原先全橋逆變結(jié)構(gòu)。此外，采用雙向AC/DC三電平變換器實現(xiàn)并網(wǎng)、整流彌補傳統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)中的電路結(jié)構(gòu)復雜及功率密度低等不足。
[0034]第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4、第五開關管&和/或第六開關管S6分別由一個IGBT和一個續(xù)流二極管組成；每個續(xù)流二極管的陽極連接至相應IGBT的發(fā)射極，每個續(xù)流二極管的陰極連接至相應IGBT的集電極。
[0035]基于上述非隔離并網(wǎng)變換器的控制方法包括整流模式，當交流輸入電網(wǎng)電壓處于正半周期時第四開關管S4持續(xù)導通。如圖3中粗線條所示，當?shù)谌_關管S3導通時交流側(cè)電壓Uab= U ,。/2，線電流給第二電容Q2充電、且充電電流逐漸減?。蝗鐖D4中粗線條所示，當?shù)谖彘_關管S5導通時交流側(cè)電壓Uab= 0，線電流線性增加、且直流側(cè)的第一電容C dcl和第二電容Cm同時放電。當交流輸入電網(wǎng)電壓處于負半周期時第五開關管S 5持續(xù)導通，如圖4中粗線條所示，當?shù)谒拈_關管S4導通時交流側(cè)電壓Uab= O ;如圖5中粗線條所示，當?shù)诹_關管S6導通時交流側(cè)電壓U ab= -U dc/20
[0036]控制方法包括逆變模式，如圖6中粗線條所示，當?shù)谌_關管S3和第四開關管S 4同時導通時非隔離并網(wǎng)變換器5輸出正電壓；如圖7中粗線條所示，當?shù)谒拈_關管S4和第五開關管&同時導通時非隔離并網(wǎng)變換器5輸出零電壓；如圖8中