一種非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器，包括直流電源、第一濾波電容、逆變模塊、輸出濾波模塊，所述第一濾波電容并聯(lián)于直流電源的兩端；本實(shí)用新型所提出的一種非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器，在續(xù)流期間電網(wǎng)與光伏板之間形成了電氣隔離，此時(shí)電流只經(jīng)過(guò)第五開(kāi)關(guān)管S5與第一續(xù)流二極管D1或第六開(kāi)關(guān)管S6與第二續(xù)流二極管D2降低了開(kāi)關(guān)管的損耗。另外，本實(shí)用新型所提出的一種非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器無(wú)漏電流產(chǎn)生，提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性，并得到了優(yōu)質(zhì)的低諧波并網(wǎng)電流。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及光伏并網(wǎng)逆變器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種非隔離型光伏并網(wǎng)逆變 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)PV在世界各地得到了廣泛的發(fā)展，特別是具有效率高、 體積小、重量輕、成本低的逆變器的小功率單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展更為顯著。
[0003] -般情況下，光伏并網(wǎng)逆變器可分為兩種：隔離型逆變器和非隔離型逆變器。隔離 型逆變器通常包括帶工頻變壓器的逆變器和帶高頻變壓器的逆變器。變壓器可以提供電網(wǎng) 和光伏陣列之間的電氣隔離，變壓器的存在可以消除光伏板和地面之間的漏電流，還可以 保證個(gè)人安全。但是帶有工頻變壓器的逆變器尺寸大和重量重，這使得整個(gè)系統(tǒng)笨重，難以 安裝。帶有高頻變壓器的逆變器往往有幾個(gè)功率級(jí)別，這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低了系統(tǒng) 的效率。無(wú)變壓器的逆變器由于其成本低，重量輕，效率高成為商業(yè)領(lǐng)域的首選。由于光伏 陣列和電網(wǎng)之間沒(méi)有電氣隔離，將會(huì)在光伏陣列和地面之間形成寄生電容，當(dāng)寄生電容上 電壓不為零或不恒定時(shí)，將會(huì)在光伏陣列、地面和電網(wǎng)之間形成漏電流。漏電流過(guò)大時(shí)會(huì)對(duì) 人生安全存在威脅和嚴(yán)重的電磁干擾問(wèn)題。
[0004] 在無(wú)變壓器光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中已經(jīng)提出了許多消除漏電流的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如雙極性 SPWM全橋逆變器、三電平中點(diǎn)鉗位逆變器NPC、和Her i c、H5、H6等。采用雙極性SPWM全橋逆變 器可以保證產(chǎn)生一個(gè)恒定的共模電壓和漏電流，但是由于輸出雙電平電壓所需的輸出濾波 器大，所以這將是系統(tǒng)損耗增加和功率密度降低。三電平中點(diǎn)鉗位逆變器也可以消除漏電 流，與全橋逆變器相比輸出電壓提高、效率提高、輸出濾波器的體積減小。三電平中點(diǎn)鉗位 逆變器需要一個(gè)較大的直流供電電壓，這限制了光伏板的工作電壓范圍。Heric、H5、H6逆變 器和全橋逆變器在單極性SPWM調(diào)制策略下需要相同的低直流母線電壓，但系統(tǒng)功耗大，降 低并網(wǎng)電流的質(zhì)量。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器，保證無(wú)漏 電流產(chǎn)生并與Her i c，H5、H6逆變器輸入相同的低直流電壓。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種非隔離型光伏并網(wǎng) 逆變器，包括直流電源、第一濾波電容、逆變模塊、輸出濾波模塊，其特征在于:所述第一濾 波電容并聯(lián)于直流電源的兩端；
[0007] 所述逆變模塊包括第一橋臂、第二橋臂、上輔助橋臂、下輔助橋臂;所述第一橋臂 包括第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管，第一開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極與第二開(kāi)關(guān)管的集電極串聯(lián)后并聯(lián)在 直流電源的兩端;所述第二橋臂包括第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管，第三開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極與第 四開(kāi)關(guān)管的集電極串聯(lián)后并聯(lián)在直流電源的兩端;所述上輔助橋臂包括第一續(xù)流二極管和 第五開(kāi)關(guān)管，第一續(xù)流二極管的陽(yáng)極與第五開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極串聯(lián)，第一續(xù)流二極管的陰極 與第一開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極連接，第五開(kāi)關(guān)管的集電極與第三開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極連接;所述下輔 助橋臂包括第二續(xù)流二極管和第六開(kāi)關(guān)管，第六開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極與第二續(xù)流二極管陽(yáng)極串 聯(lián)，第六開(kāi)關(guān)管的集電極與第二開(kāi)關(guān)管的集電極連接，第二續(xù)流二極管的陰極與第四開(kāi)關(guān) 管的集電極連接；
[0008] 所述輸出濾波模塊包括第一電感、第二電感和第二濾波電容，第一電感的一端與 第一橋臂上第一開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極相連接，另一端與交流側(cè)相連接;第二電感的一端與第二 橋臂上第四開(kāi)關(guān)管的集電極相連接，另一端與交流側(cè)相連接;第二濾波電容并聯(lián)在交流電 網(wǎng)的兩端。
[0009] 優(yōu)選的，所述第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管、第五開(kāi)關(guān)管、第 六開(kāi)關(guān)管均采用絕緣柵雙極晶體管IGBT。
[0010]優(yōu)選的，所述第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管、第五開(kāi)關(guān)管、第 六開(kāi)關(guān)管均與續(xù)流二極管并聯(lián)，發(fā)射極與續(xù)流二極管的正極連接，集電極與續(xù)流二極管的 負(fù)極連接。
[0011] 本實(shí)用新型所提出的一種非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器，在續(xù)流期間電網(wǎng)與光伏板之 間形成了電氣隔離，此時(shí)電流只經(jīng)過(guò)第五開(kāi)關(guān)管S5與第一續(xù)流二極管D1或第六開(kāi)關(guān)管S6與 第二續(xù)流二極管D2降低了開(kāi)關(guān)管的損耗。另外，本實(shí)用新型所提出的一種非隔離型光伏并 網(wǎng)逆變器無(wú)漏電流產(chǎn)生，提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性，并得到了優(yōu)質(zhì)的低諧波并網(wǎng)電流。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明：
[0013]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0014] 圖2為本實(shí)用新型的邏輯模塊的示意圖；
[0015] 圖3為本實(shí)用新型第一階段電流回路示意圖；
[0016] 圖4為本實(shí)用新型第二階段電流回路示意圖；
[0017] 圖5為本實(shí)用新型第三階段電流回路示意圖；
[0018] 圖6為本實(shí)用新型第四階段電流回路示意圖；
[0019] 圖7為本實(shí)用新型共模電壓的波形圖；
[0020] 圖8為本實(shí)用新型漏電流的波形圖；
[0021 ]圖9為本實(shí)用新型輸出電壓的波形圖；
[0022] 圖10為本實(shí)用新型并網(wǎng)電流的波形；
[0023] 圖11為本實(shí)用新型并網(wǎng)電流的總諧波失真率。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 如圖1所示，一種非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器，包括直流電源VDC、第一濾波電容C1、 逆變模塊、輸出濾波模塊，其特征在于:所述第一濾波電容C1并聯(lián)于直流電源VDC的兩端； [0025]所述逆變模塊包括第一橋臂、第二橋臂、上輔助橋臂、下輔助橋臂;所述第一橋臂 包括第一開(kāi)關(guān)管S1和第二開(kāi)關(guān)管S2,第一開(kāi)關(guān)管S1的發(fā)射極與第二開(kāi)關(guān)管S2的集電極串聯(lián) 后并聯(lián)在直流電源VDC的兩端;所述第二橋臂包括第三開(kāi)關(guān)管S3和第四開(kāi)關(guān)管S4,第三開(kāi)關(guān) 管S3的發(fā)射極與第四開(kāi)關(guān)管S4的集電極串聯(lián)后并聯(lián)在直流電源VDC的兩端;所述上輔助橋 臂包括第一續(xù)流二極管D1和第五開(kāi)關(guān)管S5,第一續(xù)流二極管D1的陽(yáng)極與第五開(kāi)關(guān)管S5的發(fā) 射極串聯(lián)，第一續(xù)流二極管D1的陰極與第一開(kāi)關(guān)管S1的發(fā)射極連接，第五開(kāi)關(guān)管S5的集電 極與第三開(kāi)關(guān)管S3的發(fā)射極連接;所述下輔助橋臂包括第二續(xù)流二極管D2和第六開(kāi)關(guān)管 S6,第六開(kāi)關(guān)管S6的發(fā)射極與第二續(xù)流二極管D2陽(yáng)極串聯(lián)，第六開(kāi)關(guān)管S6的集電極與第二 開(kāi)關(guān)管S2的集電極連接，第二續(xù)流二極管D2的陰極與第四開(kāi)關(guān)管S4的集電極連接；
[0026]所述輸出濾波模塊包括第一電感L1、第二電感L2和第二濾波電容C2,第一電感L1 的一端與第一橋臂上第一開(kāi)關(guān)管S1的發(fā)射極相連接，另一端與交流側(cè)相連接;第二電感L2 的一端與第二橋臂上第四開(kāi)關(guān)管S4的集電極相連接，另一端與交流側(cè)相連接;第二濾波電 容C2并聯(lián)在交流電網(wǎng)的兩端。
[0027]優(yōu)選的，所述第一開(kāi)關(guān)管S1、第二開(kāi)關(guān)管S2、第三開(kāi)關(guān)管S3、第四開(kāi)關(guān)管S4、第五開(kāi) 關(guān)管S5、第六開(kāi)關(guān)管S6均采用絕緣柵雙極晶體管IGBT。
[0028]優(yōu)選的，所述第一開(kāi)關(guān)管S1、第二開(kāi)關(guān)管S2、第三開(kāi)關(guān)管S3、第四開(kāi)關(guān)管S4、第五開(kāi) 關(guān)管S5、第六開(kāi)關(guān)管S6均與續(xù)流二極管并聯(lián)，發(fā)射極與續(xù)流二極管的正極連接，集電極與續(xù) 流二極管的負(fù)極連接。
[0029] 如圖2所示，在非隔離型光伏逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中采用雙向單極性SPWM調(diào)制策略，驅(qū) 動(dòng)電路工作方式是在交流側(cè)電壓正半周時(shí)，第五開(kāi)關(guān)管S5始終導(dǎo)通，第一開(kāi)關(guān)管S1和第四 開(kāi)關(guān)管S4的柵極輸入相同的高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，高頻開(kāi)通和關(guān)斷，第六開(kāi)關(guān)管S6在第一開(kāi)關(guān)管 S1和第四開(kāi)關(guān)管S4開(kāi)通時(shí)關(guān)斷，在第一開(kāi)關(guān)管S1和第四S4關(guān)斷時(shí)開(kāi)通，第二開(kāi)關(guān)管S2和第 三開(kāi)關(guān)管S3始終關(guān)斷;在交流側(cè)電壓負(fù)半周時(shí)，第六開(kāi)關(guān)管S6始終導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)管S2和第 三開(kāi)關(guān)管S3的柵極輸入相同的高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，高頻開(kāi)通和關(guān)斷，第五開(kāi)關(guān)管S5在第二開(kāi)關(guān) 管S2和第三開(kāi)關(guān)管S3開(kāi)通時(shí)關(guān)斷，在第二開(kāi)關(guān)管S2和第三開(kāi)關(guān)管S3關(guān)斷時(shí)開(kāi)通，第一開(kāi)關(guān) 管S1和第四開(kāi)關(guān)管S4始終關(guān)斷。
[0030] 本實(shí)用新型逆變器在工頻周期內(nèi)有四個(gè)工作階段：
[0031] 如圖3所示，第一工作階段:在工頻電壓正半周期，第五開(kāi)關(guān)管S5始終導(dǎo)通，第一開(kāi) 關(guān)管S1和第四開(kāi)關(guān)管S4輸入相同的高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，第六開(kāi)關(guān)管S6在第一開(kāi)關(guān)管S1和第四開(kāi) 關(guān)管S4開(kāi)通時(shí)關(guān)斷，在第一開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)管S1和第四開(kāi)關(guān)管S4關(guān)斷時(shí)開(kāi)通，第二開(kāi)關(guān)管S2和 第三開(kāi)關(guān)管S3始終關(guān)斷。第一開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)管S1和第四開(kāi)關(guān)管S4導(dǎo)通時(shí)并網(wǎng)電流經(jīng)第一開(kāi)關(guān) 管S1、第一電感L1、第二電感L2、第四開(kāi)關(guān)管S4向電網(wǎng)供電。VAN=VDC，VBN = 0V，所以VAB = VDC，共模電壓VCM是
[0032]如圖4所示，第二工作階段:第一開(kāi)關(guān)管S1和第四開(kāi)關(guān)管S4,第六開(kāi)關(guān)管S6導(dǎo)通，第 二開(kāi)關(guān)管S2和第三開(kāi)關(guān)管S3始終關(guān)斷，第五開(kāi)關(guān)管S5導(dǎo)通，由第一電感L1、交流電網(wǎng)、第二 電感L2、第五開(kāi)關(guān)管S5、第一續(xù)流二極管D1組成續(xù)流路徑使光伏板與交流電網(wǎng)隔離。VAN = VBN=VDC/2，所以VAB = 0 V，共模電壓VCM是：
[0033]如圖5所示，第三工作階段:在工頻電壓負(fù)半周期，第六開(kāi)關(guān)管S6始終導(dǎo)通，第二 開(kāi)關(guān)管S2和第三開(kāi)關(guān)管S3輸入相同的高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，第五開(kāi)關(guān)管S5在第二開(kāi)關(guān)管S2和第三 開(kāi)關(guān)管S3開(kāi)通時(shí)關(guān)斷，在第二開(kāi)關(guān)管S2和第三開(kāi)關(guān)管S3關(guān)斷時(shí)開(kāi)通，第一開(kāi)關(guān)管S1和第四 開(kāi)關(guān)管S4始終關(guān)斷。第二開(kāi)關(guān)管S2和第三開(kāi)關(guān)管S3導(dǎo)通時(shí)并網(wǎng)電流經(jīng)第三開(kāi)關(guān)管S3、第二 電感L2、第一電感L1、第二開(kāi)關(guān)管S2向電網(wǎng)供電。VAN = OV，VBN = VDC，所以VAB = -VDC，共模 電壓VCM是：
[0034]如圖6所示，第四工作階段:第二開(kāi)關(guān)管S2和第三開(kāi)關(guān)管S3關(guān)斷，第五開(kāi)關(guān)管S5導(dǎo) 通，第一開(kāi)關(guān)管S1和第四開(kāi)關(guān)管S4始終關(guān)斷，第六開(kāi)關(guān)管S6導(dǎo)通，由第六開(kāi)關(guān)管S6、第二續(xù) 流二極管D2、第二電感L2、交流電網(wǎng)、第一電感L1構(gòu)成續(xù)流路徑使光伏板與交流電網(wǎng)隔離。 VAN=VBN=VDC/2，所以 VAB = 0 V，共模電壓 VCM 是：
[0035]通過(guò)上面的分析可知共模電壓恒定，所以有助于消除漏電流。
[0036]在雙向單極性SP麗調(diào)制策略下共模電壓VCM、漏電流、輸出電壓VAB和并網(wǎng)電流的 波形如圖7、8、9、10所示。
[0037] 工模電壓在電網(wǎng)電壓過(guò)零時(shí)無(wú)高頻脈動(dòng)，消除了死區(qū)時(shí)間的影響。在雙向單極性 調(diào)制策略下輸出并網(wǎng)電流質(zhì)量更加優(yōu)化，降低了并網(wǎng)電流的總諧波失真率，并網(wǎng)電流的總 諧波失真率如圖11所示。
[0038] 本實(shí)用新型一種非隔離型單向并網(wǎng)逆變器消除了漏電流對(duì)人身安全存在的威脅 和電磁干擾的問(wèn)題，提高了系統(tǒng)的可靠性、降低了電流總諧波失真率和減少死區(qū)效應(yīng)。
[0039] 上述的實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對(duì)于本實(shí)用新型的限 制，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案 中技術(shù)特征的等同替換方案為保護(hù)范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進(jìn)，也在本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器，包括直流電源(VDC)、第一濾波電容(Cl)、逆變模塊、 輸出濾波模塊，其特征在于:所述第一濾波電容(C1)并聯(lián)于直流電源(VDC)的兩端； 所述逆變模塊包括第一橋臂、第二橋臂、上輔助橋臂、下輔助橋臂;所述第一橋臂包括 第一開(kāi)關(guān)管(S1)和第二開(kāi)關(guān)管(S2)，第一開(kāi)關(guān)管(S1)的發(fā)射極與第二開(kāi)關(guān)管(S2)的集電極 串聯(lián)后并聯(lián)在直流電源(VDC)的兩端；所述第二橋臂包括第三開(kāi)關(guān)管（S3)和第四開(kāi)關(guān)管 (S4)，第三開(kāi)關(guān)管(S3)的發(fā)射極與第四開(kāi)關(guān)管(S4)的集電極串聯(lián)后并聯(lián)在直流電源(VDC) 的兩端；所述上輔助橋臂包括第一續(xù)流二極管(D1)和第五開(kāi)關(guān)管（S5)，第一續(xù)流二極管 (D1)的陽(yáng)極與第五開(kāi)關(guān)管（S5)的發(fā)射極串聯(lián)，第一續(xù)流二極管(D1)的陰極與第一開(kāi)關(guān)管 (S1)的發(fā)射極連接，第五開(kāi)關(guān)管(S5)的集電極與第三開(kāi)關(guān)管(S3)的發(fā)射極連接;所述下輔 助橋臂包括第二續(xù)流二極管(D2)和第六開(kāi)關(guān)管(S6)，第六開(kāi)關(guān)管(S6)的發(fā)射極與第二續(xù)流 二極管(D2)陽(yáng)極串聯(lián)，第六開(kāi)關(guān)管(S6)的集電極與第二開(kāi)關(guān)管(S2)的集電極連接，第二續(xù) 流二極管(D2)的陰極與第四開(kāi)關(guān)管(S4)的集電極連接； 所述輸出濾波模塊包括第一電感(L1)、第二電感(L2)和第二濾波電容(C2)，第一電感 (L1)的一端與第一橋臂上第一開(kāi)關(guān)管（S1)的發(fā)射極相連接，另一端與交流側(cè)相連接;第二 電感(L2)的一端與第二橋臂上第四開(kāi)關(guān)管（S4)的集電極相連接，另一端與交流側(cè)相連接； 第二濾波電容(C2)并聯(lián)在交流電網(wǎng)的兩端。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于：所述第一開(kāi)關(guān)管 (S1)、第二開(kāi)關(guān)管（S2)、第三開(kāi)關(guān)管（S3)、第四開(kāi)關(guān)管（S4)、第五開(kāi)關(guān)管（S5)、第六開(kāi)關(guān)管 (S6)均采用絕緣柵雙極晶體管IGBT。
【文檔編號(hào)】H02M7/5387GK205647288SQ201620384279
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】晉貞貞, 司新放, 胡康, 馮曉裕, 葉青峰, 陳小艷
【申請(qǐng)人】三峽大學(xué)