專利名稱：一種非隔離光伏并網(wǎng)逆變器及其開關(guān)控制時序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非隔離光伏并網(wǎng)逆變器及其開關(guān)控制時序，屬并網(wǎng)逆變器拓撲技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器擁有效率高、體積小、重量輕和成本低等優(yōu)勢。但由于電池板對地寄生電容的存在，使得并網(wǎng)逆變器開關(guān)器件的開關(guān)動作可能產(chǎn)生高頻時變電壓作用在寄生電容之上，由此誘發(fā)的漏電流可能超出允許范圍。高頻漏電流的產(chǎn)生會帶來傳導和輻射干擾、進網(wǎng)電流諧波及損耗的增加，甚至危及設(shè)備和人員安全。單極性SPWM全橋并網(wǎng)逆變器的差模特性優(yōu)良，如輸入直流電壓利用率高和濾波電感電流脈動量小等受到廣泛關(guān)注。但同時產(chǎn)生了開關(guān)頻率脈動的共模電壓(其幅值為輸入直流電壓)，使得在光伏并網(wǎng)應用場合需要加入變壓器隔離(低頻或高頻)，但高頻脈動的共模電壓對變壓器的絕緣強度構(gòu)成威脅，進一步增加了制作成本。為了去掉單極性SPWM全橋并網(wǎng)逆變器中的隔離變壓器，專利EP1369985A2提出在全橋電路的橋臂中點間(交流側(cè))加入雙向可控開關(guān)組構(gòu)造新的續(xù)流回路；專利US7411802B2僅在電池側(cè)正端引入一支高頻開關(guān)，同樣可以實現(xiàn)續(xù)流階段太陽能電池端與電網(wǎng)脫離。但根據(jù)全橋電路高頻共模等效模型，為了消除單極性SPWM調(diào)制產(chǎn)生的高頻共模電壓，必須使續(xù)流階段的續(xù)流回路電位箝位在太陽能電池輸入電壓的一半，這樣才能使共模電壓完全消除，而并非簡單的使電池板與電網(wǎng)脫離。專利CN101814856A(已完成實質(zhì)性審查和修回，待批準)在專利 US7411802B2的基礎(chǔ)上加入箝位支路可將續(xù)流階段的續(xù)流回路電位箝位在太陽能電池輸入電壓的一半，大幅降低開關(guān)頻率漏電流，單由于引入的單向開關(guān)引起了漏電流正負半周不對程，增加了均壓電容平衡電路的負擔，另外，與專利US7411802B2 —樣，在功率傳輸階段電流需要流經(jīng)三只功率管，增加了導通損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種非隔離光伏并網(wǎng)逆變器及其開關(guān)控制時序。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述非隔離光伏并網(wǎng)逆變器可采用如下三種技術(shù)方案技術(shù)方案一—種非隔離光伏并網(wǎng)逆變器，包括分壓電容支路、箝位支路、全橋基本單元和續(xù)流支路；分壓電容支路由第一分壓電容Cdca、第二分壓電容Cd。2組成；箝位支路包括第七功率開關(guān)管S7、第八功率開關(guān)管S8組成；全橋基本單元由第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管 &、第三功率開關(guān)管&、第四功率開關(guān)管、組成；箝位支路由第五功率開關(guān)管&、第六功率開關(guān)管&組成。其中第一分壓電容Cdca的正端分別連接太陽能電池正輸出端、第一功率開關(guān)管S1 和第三功率開關(guān)管S3的集電極；第一分壓電容Cdca的負端分別連接第二分壓電容cd。2的正端、第八功率開關(guān)管&的集電極；第二分壓電容Cd。2的負端分別連接太陽能電池負輸出端、 第二功率開關(guān)管&的發(fā)射極、第四功率開關(guān)管、的發(fā)射極。第一功率開關(guān)管S1的發(fā)射極分別連接第二功率開關(guān)管&的集電極、第五功率開關(guān)管&的集電極以及進網(wǎng)濾波器L1的一端。第三功率開關(guān)管&的發(fā)射極分別連接第四功率開關(guān)管、的集電極、第六功率開關(guān)管&的集電極以及進網(wǎng)濾波器L2的一端。 第五功率開關(guān)管&的發(fā)射極分別連接第六功率開關(guān)管&的發(fā)射極、第七功率開關(guān)管S7的集電極。第七功率開關(guān)管S7的發(fā)射極連接第八功率開關(guān)管S8的發(fā)射極。技術(shù)方案二一種非隔離光伏并網(wǎng)逆變器，包括分壓電容支路、箝位支路、全橋基本單元和續(xù)流支路；分壓電容支路由第一分壓電容Cdca、第二分壓電容Cd。2組成；箝位支路包括第七功率開關(guān)管S7、第八功率開關(guān)管S8組成；全橋基本單元由第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管 &、第三功率開關(guān)管&、第四功率開關(guān)管、組成；箝位支路由第五功率開關(guān)管&、第六功率開關(guān)管&組成。其中第一分壓電容Cdca的正端分別連接太陽能電池正輸出端、第一功率開關(guān)管S1 和第三功率開關(guān)管&的集電極；第一分壓電容Cdca的負端分別連接第二分壓電容cd。2的正端、第八功率開關(guān)管S8的集電極；第二分壓電容cd。2的負端分別連接太陽能電池負輸出端、 第二功率開關(guān)管&的發(fā)射極、第四功率開關(guān)管、的發(fā)射極。第一功率開關(guān)管S1的發(fā)射極分別連接第二功率開關(guān)管&的集電極、第五功率開關(guān)管&的集電極、第七功率開關(guān)管S7的集電極以及進網(wǎng)濾波器L1的一端。第三功率開關(guān)管&的發(fā)射極分別連接第四功率開關(guān)管、的集電極、第六功率開關(guān)管&的集電極以及進網(wǎng)濾波器L2的一端。第五功率開關(guān)管&的發(fā)射極分別連接第六功率開關(guān)管&的發(fā)射極第七功率開關(guān)管S7的發(fā)射極連接第八功率開關(guān)管S8的發(fā)射極。技術(shù)方案三一種非隔離光伏并網(wǎng)逆變器，包括分壓電容支路、箝位支路、全橋基本單元和續(xù)流支路；分壓電容支路由第一分壓電容Cdca、第二分壓電容Cd。2組成；箝位支路包括第七功率開關(guān)管S7、第八功率開關(guān)管S8組成；全橋基本單元由第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管 &、第三功率開關(guān)管&、第四功率開關(guān)管、組成；箝位支路由第五功率開關(guān)管&、第六功率開關(guān)管&組成。其中第一分壓電容Cdca的正端分別連接太陽能電池正輸出端、第一功率開關(guān)管S1 和第三功率開關(guān)管&的集電極；第一分壓電容Cdca的負端分別連接第二分壓電容cd。2的正端、第八功率開關(guān)管S8的集電極；第二分壓電容cd。2的負端分別連接太陽能電池負輸出端、 第二功率開關(guān)管&的發(fā)射極、第四功率開關(guān)管、的發(fā)射極。第一功率開關(guān)管S1的發(fā)射極分別連接第二功率開關(guān)管&的集電極、第五功率開關(guān)管&的集電極以及進網(wǎng)濾波器L1的一端。第三功率開關(guān)管&的發(fā)射極分別連接第四功率開關(guān)管、的集電極、第六功率開關(guān)管S6的集電極、第七功率開關(guān)管S7的集電極以及進網(wǎng)濾波器L2的一端。
第五功率開關(guān)管&的發(fā)射極分別連接第六功率開關(guān)管&的發(fā)射極。第七功率開關(guān)管S7的發(fā)射極連接第八功率開關(guān)管S8的發(fā)射極。本發(fā)明所述開關(guān)控制時序可以基于上述三種非隔離光伏并網(wǎng)逆變器中的任意一種來實現(xiàn)，具體過程如下將第一功率開關(guān)管S1和第四功率開關(guān)管、在進網(wǎng)電流正半周按單極性SPWM方式高頻動作，負半周關(guān)斷；將第二功率開關(guān)管&和第三功率開關(guān)管&在進網(wǎng)電流負半周按單極性SPWM方式高頻動作，正半周關(guān)斷；將第五功率開關(guān)管&在進網(wǎng)電流負半周開通，正半周關(guān)斷；將第六功率開關(guān)管&在進網(wǎng)電流正半周開通，負半周關(guān)斷；將第七功率開關(guān)管S7和第八功率開關(guān)管S8在進網(wǎng)電流正半周的驅(qū)動信號與第一功率開關(guān)管S1的驅(qū)動信號互補，并加入死區(qū)時間；在進網(wǎng)電流負半周的驅(qū)動信號與第二功率開關(guān)管&的驅(qū)動信號互補，并加入死區(qū)時間；本發(fā)明在全橋電路的基礎(chǔ)上在橋臂輸出側(cè)加入兩支可控開關(guān)管提供續(xù)流回路和在直流側(cè)加入兩支可控開關(guān)管和分壓電容構(gòu)成雙向箝位支路，可以實現(xiàn)續(xù)流階段時續(xù)流回路電位處于二分之一的電池電壓來抑制漏電流，并保證了功率傳輸階段輸出電流僅流經(jīng)兩支開關(guān)管，有效降低了導通損耗。另外，箝位支路的加入使得交直流側(cè)引入的高頻開關(guān)的電壓應力僅為輸入電池電壓的一半。


圖1(a)是本發(fā)明主電路技術(shù)方案一的電路圖。在本技術(shù)方案中，是箝位支路的一端接與續(xù)流支路的中點。圖1(b)本發(fā)明主電路技術(shù)方案二的電路圖。在本技術(shù)方案中，箝位支路的一端接與續(xù)流支路側(cè)邊。圖1(c)是本發(fā)明主電路技術(shù)方案三的電路圖。在本技術(shù)方案中，箝位支路的一端接與續(xù)流支路另一側(cè)邊。圖2是本發(fā)明的功率開關(guān)管驅(qū)動信號示意圖。圖3(a)_(d)是本發(fā)明箝位工作模態(tài)圖，其中圖3(a)是續(xù)流回路電壓降低，進網(wǎng)電流正半周的工作模態(tài)圖；圖3(b)是續(xù)流回路電壓升高，進網(wǎng)電流正半周的工作模態(tài)圖；圖3(c)是續(xù)流回路電壓降低，進網(wǎng)電流負半周的工作模態(tài)圖；圖3(d)是續(xù)流回路電壓升高，進網(wǎng)電流負半周的工作模態(tài)圖。圖4是本發(fā)明實施例的逆變器橋臂輸出電壓(差模電壓)和進網(wǎng)電壓、電流波形圖。圖5(a)是本發(fā)明實施例的共模電壓波形及頻譜圖。圖5(b)是本發(fā)明實施例的漏電流波形及頻譜圖。上述附圖的主要符號及標號名稱Cdel、Cdc2——分壓電容^ S8——功率開關(guān)管；GricUg——電網(wǎng)電壓；Upv——太陽能電池板輸出電壓；Li、L2——進網(wǎng)濾波電感K1—— 進網(wǎng)濾波電容；ig——進網(wǎng)電流；u1N——逆變橋中點1對電池負端電壓；u2N——逆變橋中點2對電池負端電壓；i
Leakage ——漏電流。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明圖l(a)_(c)描述了本發(fā)明的主電路的三種構(gòu)成方式，由第一分壓電容Cdel和第二分壓電容cd。2串聯(lián)組成基本單元1 ；由第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管&、第三功率開關(guān)管&和第四功率開關(guān)管、組成基本單元3 ；由第五功率開關(guān)管&、第六功率開關(guān)管&組成基本單元4 ；由第七功率開關(guān)管S7、第八功率開關(guān)管S8組成基本單元2 ；基本單元2與基本單元3的三種鏈接方式構(gòu)成三種電路結(jié)構(gòu)。圖2為本發(fā)明主電路功率開關(guān)管的驅(qū)動信號時序圖，第一功率開關(guān)管S1和第四功率開關(guān)管、在進網(wǎng)電流正半周按單極性SPWM方式高頻動作，在進網(wǎng)電流負半周關(guān)閉；第二功率開關(guān)管&和第三功率開關(guān)管&在進網(wǎng)電流負半周按單極性SPWM方式高頻動作，在進網(wǎng)電流正半周關(guān)閉；第五功率開關(guān)管&的驅(qū)動信號在進網(wǎng)電流負半周直通，在進網(wǎng)電流正半周關(guān)閉；第六功率開關(guān)管&的驅(qū)動信號在進網(wǎng)電流正半周直通，在進網(wǎng)電流負半周關(guān)閉； 第七功率開關(guān)管S7和第八功率開關(guān)管S8的驅(qū)動信號在進網(wǎng)電流正半周與第一功率開關(guān)管 S1的驅(qū)動信號互補，并加入死區(qū)時間，在進網(wǎng)電流負半周與第二功率開關(guān)管&的驅(qū)動信號互補，并加入死區(qū)時間；為了保證續(xù)流回路的完全箝位，過零階段第五功率開關(guān)管&、第六功率開關(guān)管&、第七功率開關(guān)管S7和第八功率開關(guān)管S8需要導通。圖3(a)_(d)為變換器箝位工作時的等效電路。無論進網(wǎng)電流的方向，只要續(xù)流回路電位降低，第八功率開關(guān)管S8和第七功率開關(guān)管S7的反并二極管或寄生二級管導通，將
續(xù)流回路箝位在I〃pv ；只要續(xù)流回路電位升高，第七功率開關(guān)管S7和第八功率開關(guān)管S8的
反并二極管或寄生二級管導通導通，同樣將續(xù)流回路箝位在l〃pv電平。本發(fā)明的一個具體實例如下電池板電壓Upv = 400V、電網(wǎng)電壓UgHd = 220VRMS、 電網(wǎng)頻率= 50Hz、額定功率= 2kff ；直流母線電容Cdel = Cdc2 = 470 μ F ；濾波電感L1 = L2 = 2mH ；濾波電容C1 = 6 μ F ；電池板對地寄生電容Cpvl = Cpv2 = 0. 15 μ F ；開關(guān)頻f = 20kHZo附圖4 5為該實例的具體實驗波形圖，從圖4中可以看出，并網(wǎng)逆變器的橋臂輸出電壓為單極性SPWM波形，實現(xiàn)了優(yōu)良的差模特性，可以減小濾波電感大小和提高變換效率。從附圖5(a)中可以看出逆變器橋臂輸出的共模電壓除了在開關(guān)死區(qū)時間內(nèi)有脈沖電壓外，其它時間段均被有效箝位至恒定值，大幅降低了共模電壓的脈動能量，有利于減小共模漏電流的幅值；附圖5(b)從實驗角度量化證明了漏電的幅值大小，低于標準DIN VDE 0126-1-1-2006 的限定值(小于 20mA)。
權(quán)利要求
1.一種非隔離光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于包括分壓電容支路(1)、箝位支路(2)、全橋基本單元(3)和續(xù)流支路(4)；分壓電容支路(1)由第一分壓電容(Cdca)、第二分壓電容 (Cdc2)組成；箝位支路(2)由第七功率開關(guān)管(S7)、第八功率開關(guān)管(S8)組成；全橋基本單元(3)由第一功率開關(guān)管(S》、第二功率開關(guān)管(S2)、第三功率開關(guān)管(S3)、第四功率開關(guān)管(S4)組成；箝位支路(4)由第五功率開關(guān)管(S5)、第六功率開關(guān)管(S6)組成；上述第一分壓電容(Cdca)的正端分別連接太陽能電池正輸出端、第一功率開關(guān)管(S1) 和第三功率開關(guān)管(S3)的集電極；第一分壓電容(Cdca)的負端分別連接第二分壓電容 (Cdc2)的正端、第八功率開關(guān)管(S8)的集電極；第二分壓電容(Cd。2)的負端分別連接太陽能電池負輸出端、第二功率開關(guān)管(S2)的發(fā)射極、第四功率開關(guān)管(S4)的發(fā)射極；上述第一功率開關(guān)管(S1)的發(fā)射極分別連接第二功率開關(guān)管(S2)的集電極、第五功率開關(guān)管(S5)的集電極以及進網(wǎng)濾波器D的一端；上述第三功率開關(guān)管(S3)的發(fā)射極分別連接第四功率開關(guān)管(S4)的集電極、第六功率開關(guān)管(S6)的集電極以及進網(wǎng)濾波器D的一端；上述第五功率開關(guān)管(S5)的發(fā)射極分別連接第六功率開關(guān)管(S6)的發(fā)射極、第七功率開關(guān)管(S7)的集電極；上述第七功率開關(guān)管(S7)的發(fā)射極連接第八功率開關(guān)管(S8)的發(fā)射極。
2.一種非隔離光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于包括分壓電容支路(1)、箝位支路(2)、全橋基本單元(3)和續(xù)流支路(4)；分壓電容支路(1)由第一分壓電容(Cdca)、第二分壓電容 (Cdc2)組成；箝位支路(2)由第七功率開關(guān)管(S7)、第八功率開關(guān)管(S8)組成；全橋基本單元(3)由第一功率開關(guān)管(S》、第二功率開關(guān)管(S2)、第三功率開關(guān)管(S3)、第四功率開關(guān)管(S4)組成；箝位支路(4)由第五功率開關(guān)管(S5)、第六功率開關(guān)管(S6)組成；上述第一分壓電容(Cdca)的正端分別連接太陽能電池正輸出端、第一功率開關(guān)管(S1) 和第三功率開關(guān)管(S3)的集電極；第一分壓電容(Cdca)的負端分別連接第二分壓電容 (Cdc2)的正端、第八功率開關(guān)管(S8)的集電極；第二分壓電容(Cd。2)的負端分別連接太陽能電池負輸出端、第二功率開關(guān)管(S2)的發(fā)射極、第四功率開關(guān)管(S4)的發(fā)射極；上述第一功率開關(guān)管(S1)的發(fā)射極分別連接第二功率開關(guān)管(S2)的集電極、第五功率開關(guān)管(S5)的集電極、第七功率開關(guān)管(S7)的集電極以及進網(wǎng)濾波器(I)的一端；第三功率開關(guān)管(S3)的發(fā)射極分別連接第四功率開關(guān)管(S4)的集電極、第六功率開關(guān)管(S6)的集電極以及進網(wǎng)濾波器D的一端；第五功率開關(guān)管(S5)的發(fā)射極分別連接第六功率開關(guān)管(S6)的發(fā)射極第七功率開關(guān)管(S7)的發(fā)射極連接第八功率開關(guān)管(S8)的發(fā)射極。
3.一種非隔離光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于包括分壓電容支路(1)、箝位支路(2)、全橋基本單元(3)和續(xù)流支路(4)；分壓電容支路(1)由第一分壓電容(Cdca)、第二分壓電容 (Cdc2)組成；箝位支路(2)由第七功率開關(guān)管(S7)、第八功率開關(guān)管(S8)組成；全橋基本單元(3)由第一功率開關(guān)管(S》、第二功率開關(guān)管(S2)、第三功率開關(guān)管(S3)、第四功率開關(guān)管(S4)組成；箝位支路(4)由第五功率開關(guān)管(S5)、第六功率開關(guān)管(S6)組成；其中第一分壓電容(Cdca)的正端分別連接太陽能電池正輸出端、第一功率開關(guān)管(S1) 和第三功率開關(guān)管(S3)的集電極；第一分壓電容(Cdca)的負端分別連接第二分壓電容 (Cdc2)的正端、第八功率開關(guān)管(S8)的集電極；第二分壓電容(Cd。2)的負端分別連接太陽能電池負輸出端、第二功率開關(guān)管(S2)的發(fā)射極、第四功率開關(guān)管(S4)的發(fā)射極；上述第一功率開關(guān)管(S1)的發(fā)射極分別連接第二功率開關(guān)管(S2)的集電極、第五功率開關(guān)管(S5)的集電極以及進網(wǎng)濾波器D的一端；上述第三功率開關(guān)管(S3)的發(fā)射極分別連接第四功率開關(guān)管(S4)的集電極、第六功率開關(guān)管(S6)的集電極、第七功率開關(guān)管(S7)的集電極以及進網(wǎng)濾波器(I2)的一端； 上述第五功率開關(guān)管(S5)的發(fā)射極分別連接第六功率開關(guān)管(S6)的發(fā)射極； 第七功率開關(guān)管(S7)的發(fā)射極連接第八功率開關(guān)管(S8)的發(fā)射極。
4. 一種基于權(quán)利要求1或2或3所述非隔離光伏并網(wǎng)逆變器的開關(guān)控制時序，其特征在于具體過程如下將第一功率開關(guān)管(S1)和第四功率開關(guān)管(S4)在進網(wǎng)電流正半周按單極性SPWM方式高頻動作，負半周關(guān)斷；將第二功率開關(guān)管(S2)和第三功率開關(guān)管(S3)在進網(wǎng)電流負半周按單極性SPWM方式高頻動作，正半周關(guān)斷；將第五功率開關(guān)管(S5)在進網(wǎng)電流負半周開通，正半周關(guān)斷； 將第六功率開關(guān)管(S6)在進網(wǎng)電流正半周開通，負半周關(guān)斷； 將第七功率開關(guān)管(S7)和第八功率開關(guān)管(S8)在進網(wǎng)電流正半周的驅(qū)動信號與第一功率開關(guān)管(S1)的驅(qū)動信號互補，并加入死區(qū)時間；將進網(wǎng)電流負半周的驅(qū)動信號與第二功率開關(guān)管( )的驅(qū)動信號互補，并加入死區(qū)時間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高效、低漏電流的非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器及其開關(guān)控制時序，包括分壓電容支路(1)、箝位支路(2)、全橋基本單元(3)和續(xù)流支路(4)。本發(fā)明在全橋電路的基礎(chǔ)上加入兩支可控開關(guān)管和分壓電容構(gòu)成雙向箝位支路和加入兩支可控開關(guān)管構(gòu)成零電平續(xù)流支路，并配合開關(guān)時序可以實現(xiàn)續(xù)流階段時續(xù)流回路電位處于二分之一的電池電壓，從而消除非隔離并網(wǎng)逆變器的漏電流；并保證了功率傳輸階段輸出電流僅流經(jīng)兩支開關(guān)管，使得導通損耗最低。
文檔編號H02M7/48GK102361408SQ20111032139
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者肖華鋒 申請人:東南大學