帶續(xù)流開關(guān)的中點(diǎn)箝位型單相非隔離光伏逆變器的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶續(xù)流開關(guān)的中點(diǎn)箝位型單相非隔離光伏逆變器的控制方法。該控制方法是對(duì)帶續(xù)流開關(guān)的中點(diǎn)箝位型單相非隔離光伏逆變器中的第一開關(guān)管S1和第四開關(guān)管S4采用兩段式控制；對(duì)第二開關(guān)管S2和第三開關(guān)管S3也采用兩段式控制；對(duì)第五開關(guān)管S5同樣采用兩段式控制。該控制方法可使開關(guān)管S1和S4只工作在正半周期，開關(guān)管S2和S3只工作在負(fù)半周期，減小了器件開關(guān)損耗。續(xù)流開關(guān)（由整流橋和一個(gè)開關(guān)管S5組成）可構(gòu)成續(xù)流回路，使得續(xù)流階段續(xù)流電流不流經(jīng)電源，省去了能量回饋電源這個(gè)環(huán)節(jié)，提高了非隔離光伏逆變器的轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】帶續(xù)流開關(guān)的中點(diǎn)箝位型單相非隔離光伏逆變器的控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種帶續(xù)流開關(guān)的中點(diǎn)箝位型單相非隔離光伏逆變器的控制方法，該控制方法有利于提高非隔離光伏逆變器的變換效率，改善逆變器的共模特性，消除共模漏電流，屬于電力電子直流一交流變換范疇。

【背景技術(shù)】
[0002]光伏并網(wǎng)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(dòng)大等不良影響，而且其交流輸出也要滿足較高的電能質(zhì)量。
[0003]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(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)和電池板的電氣隔離，保障了人身和設(shè)備安全。但其體積大，價(jià)格高，系統(tǒng)變換效率較低。非隔離光伏逆變器結(jié)構(gòu)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(shì)。
[0004]目前，非隔離光伏逆變器系統(tǒng)的最高效率可以達(dá)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(duì)地電容的存在，逆變器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生共模漏電流，增大系統(tǒng)電磁干擾，影響進(jìn)網(wǎng)電流的質(zhì)量，危害人身和設(shè)備安全。
[0005]為了保證人身和設(shè)備安全，漏電流必須被抑制在一定的范圍內(nèi)。根據(jù)德國DIN VDE0126-1-1標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)對(duì)地漏電流瞬時(shí)值大于300mA時(shí)，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)必須在0.3s內(nèi)與電網(wǎng)斷開。因此，在確定無共模漏電流的前提下，盡可能地提高光伏逆變器的效率、降低器件成本成為了目前光伏逆變器的研究熱點(diǎn)之一。
[0006]為了提高非隔離光伏逆變器的變換效率，改善非隔離光伏逆變器的共模特性，本發(fā)明結(jié)合帶續(xù)流開關(guān)的中點(diǎn)箝位型單相非隔離光伏逆變器的主電路拓?fù)?，給出了其控制方法，充分發(fā)揮了帶續(xù)流開關(guān)的中點(diǎn)箝位型單相非隔離光伏逆變器的特點(diǎn)，具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]帶續(xù)流開關(guān)的中點(diǎn)箝位型單相非隔離光伏逆變器的控制方法，其特征在于:逆變器中的第一開關(guān)管(S1)的柵源控制波形&51和第四開關(guān)管(S4)的柵源控制波形&4相同，且柵源控制波形和1^4在進(jìn)網(wǎng)電流正半周期為SPffM波形、進(jìn)網(wǎng)電流負(fù)半周期為零；第二開關(guān)管(S2)的柵源控制波形和第三開關(guān)管C?3)的柵源控制波形&53相同，且柵源控制波形和在進(jìn)網(wǎng)電流正半周期為零、進(jìn)網(wǎng)電流負(fù)半周期為SPWM波形。第五開關(guān)管
的柵源控制波形在進(jìn)網(wǎng)電流正半周期與第一開關(guān)管(兄)的柵源控制波形和第四開關(guān)管(?)的柵源控制波形互補(bǔ)，在進(jìn)網(wǎng)電流負(fù)半周期與第二開關(guān)管(?)的柵源控制波形和第三開關(guān)管(S3)柵源控制波形V嶺互補(bǔ)。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
首先生成一路正弦調(diào)制波和一路三角波，假設(shè)正弦調(diào)制波Vr的幅值為仏，那么三角波的幅值K必須大于等于仏/2。其次對(duì)三角波進(jìn)行處理，產(chǎn)生兩路載波。具體處理方法是，將三角波加入正向直流偏置，偏置值為K，產(chǎn)生第一路三角載波^ ;將三角波先反向再加入負(fù)向直流偏置，偏置值為K，產(chǎn)生第二路三角載波&2。最后將正弦調(diào)制波分別與第一路三角載波和第二路三角載波進(jìn)行交截。其中與第一路三角載波交截產(chǎn)生第一開關(guān)管(乂)的柵源控制波形和第四開關(guān)管(?)的柵源控制波形&s4。與第二路三角載波交截產(chǎn)生第二開關(guān)管C?2)的柵源控制波形和第三開關(guān)管(S3)的柵源控制波形&3。第五開關(guān)管&的柵源控制波形由
K,sl和Vgs2做或非運(yùn)算得到。控制信號(hào)產(chǎn)生方法如附圖1所示，圖中從上至下波形分別為:調(diào)制波&，第一路三角載波L，第二路三角載波匕2，第一開關(guān)管兄的柵源電壓波形&51 ;第二開關(guān)管的柵源電壓波形Vgs2 ;第三開關(guān)管S3的柵源電壓波形V的;第四開關(guān)管S4的柵源電壓波形;第五開關(guān)管&的柵源電壓波形&5。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1控制信號(hào)產(chǎn)生方法；
圖2帶續(xù)流開關(guān)的中點(diǎn)箝位型單相非隔離光伏逆變器主電路拓?fù)洌?br> 圖3帶續(xù)流開關(guān)的中點(diǎn)箝位型單相非隔離光伏逆變器模態(tài)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
如圖1所示，給出了本發(fā)明控制時(shí)序圖，圖中從上至下波形分別為:調(diào)制波6，第一路三角載波L，第二路三角載波匕2，第一開關(guān)管兄的柵源電壓波形L1;第二開關(guān)管S2的柵源電壓波形;第三開關(guān)管S3的柵源電壓波形&3;第四開關(guān)管&的柵源電壓波形;第五開關(guān)管S5的柵源電壓波形&5。
[0011]該非隔離光伏逆變器在一個(gè)逆變周期內(nèi)可分為4種工作模態(tài)，如圖3所示，分別對(duì)應(yīng)H1J2]、[&?3]、[~，b]和[6Λ]四個(gè)時(shí)間段。以下簡要介紹各工作模態(tài)時(shí)逆變器的工作原理:
模態(tài)1:
如圖3(a)所示，在[tv I2-]階段，開關(guān)管SiA的柵源電壓為高電平，處于導(dǎo)通狀態(tài)；開關(guān)管在、在和冬的柵源電壓為零,冬、高和在處于關(guān)斷狀態(tài)。電流從電源正極流出，'級(jí)S1Jfl、負(fù)載、Ζ/2、&,最后流回電源負(fù)極。此時(shí)匕Q= Kpv, Vm= O，故逆變器橋臂中點(diǎn)電壓Kab= Kpv，共模電壓 Km=(Kaq+Kbq)/2=0.5Kpv。
[0012]模態(tài)2:
如圖3(b)所示，在[?2，％]階段，開關(guān)管各、在、在和￡；的柵源電壓為零，名、巧、巧和5；處于關(guān)斷狀態(tài)；開關(guān)管的柵源電壓為高電平，^處于導(dǎo)通狀態(tài)。電感電流續(xù)流，電流依次流經(jīng)Lfl，織，Lf2ASyDz ;續(xù)流階段，太陽能電池板輸出端與電網(wǎng)斷開。當(dāng)匕的電位高于輸入電壓的二分之一時(shí)，二極管馬承受正向電壓導(dǎo)通，GqJk的電位被箝位至輸入電壓的一半。當(dāng)?shù)碾娢坏陀谳斎腚妷旱亩种粫r(shí)，二極管馬7承受正向電壓導(dǎo)通，匕9、^的電位被箝位至輸入電壓的一半。整個(gè)續(xù)流階段，Kaq= 0.5Vh,Vbq= 0.5KPV，故逆變器橋臂中點(diǎn)電壓 KAB=0，共模電壓 Kem= (KAQ+KBQ)/2=0.5KPV。
[0013]模態(tài)3:
如圖3(c)所示，在[14，15]階段，開關(guān)管巧、在的柵源電壓為高電平，在、高處于導(dǎo)通狀態(tài)；開關(guān)管的柵源電壓為零，&、5；和在處于關(guān)斷狀態(tài)。電流從電源正極流出，流經(jīng)高、~2、負(fù)載、￡/1、高,最后流回電源負(fù)極。此時(shí)KAQ=0，Kbq= Kpv，故逆變器橋臂中點(diǎn)電壓Kab=-Kpv，共模電壓 Km=(Kaq+Kbq)/2=0.5Kpv。
[0014]模態(tài)4:
如圖3(d)所示，在P 6]階段，開關(guān)管各、在、巧和5；的柵源電壓為零，11--?處于關(guān)斷狀態(tài)；開關(guān)管4的柵源電壓為高電平，弋處于導(dǎo)通狀態(tài)。電感電流續(xù)流，電流依次流經(jīng)織，Ln, D1, S具續(xù)流階段，太陽能電池板輸出端與電網(wǎng)斷開。當(dāng)GqAq的電位高于輸入電壓的二分之一時(shí)，二極管馬承受正向電壓導(dǎo)通,FAChGci的電位被箝位至輸入電壓的一半。當(dāng)?shù)碾娢坏陀谳斎腚妷旱亩种粫r(shí)，二極管馬承受正向電壓導(dǎo)通,匕3 Aq的電位被箝位至輸入電壓的一半。整個(gè)續(xù)流階段，Kaq= 0.5Vh,Vbq= 0.5KPV，故逆變器橋臂中點(diǎn)電壓 KAB=0，共模電壓 Kem= (KAQ+KBQ)/2=0.5KPV。
[0015]由以上分析可知，帶續(xù)流開關(guān)的中點(diǎn)箝位型單相非隔離光伏逆變器在使用合適的控制策略情況下，逆變器輸出電壓為三電平，與單極性調(diào)制的輸出電壓相同，有利于減小輸出濾波器的體積和重量。由于逆變器續(xù)流階段續(xù)流回路被箝位至輸入電壓的二分之一，逆變器的共模電壓恒定。共模電壓恒定可確保完全消除共模漏電流，降低了系統(tǒng)的電磁干擾，保證了人身和設(shè)備的安全。此外，開關(guān)&和整流橋構(gòu)成了續(xù)流回路，從而使得續(xù)流階段續(xù)流電流不流經(jīng)電源，省去了能量回饋電源這個(gè)環(huán)節(jié)，提高了逆變器的變換效率。
[0016]綜上所述，本發(fā)明解決了非隔離光伏逆變器不能完全消除共模漏電流、變換效率低等技術(shù)問題，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。
【權(quán)利要求】
1.帶續(xù)流開關(guān)的中點(diǎn)箝位型單相非隔離光伏逆變器的控制方法，其特征在于:逆變器中的第一開關(guān)管(乂)的柵源控制波形L1和第四開關(guān)管(S4)的柵源控制波形&4相同，且柵源控制波形和在進(jìn)網(wǎng)電流正半周期為SPWM波形、進(jìn)網(wǎng)電流負(fù)半周期為零；第二開關(guān)管(?)的柵源控制波形和第三開關(guān)管(S3)的柵源控制波形&3相同，且柵源控制波形Vgs2和在進(jìn)網(wǎng)電流正半周期為零、進(jìn)網(wǎng)電流負(fù)半周期為SPWM波形，第五開關(guān)管S5的柵源控制波形在進(jìn)網(wǎng)電流正半周期與第一開關(guān)管(兄)的柵源控制波形和第四開關(guān)管(?)的柵源控制波形互補(bǔ)，在進(jìn)網(wǎng)電流負(fù)半周期與第二開關(guān)管(?)的柵源控制波形 和第三開關(guān)管(A)柵源控制波形互補(bǔ)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶續(xù)流開關(guān)的中點(diǎn)箝位型單相非隔離光伏逆變器的控制方法，其特征在于:該帶續(xù)流開關(guān)的中點(diǎn)箝位型單相非隔離光伏逆變器在一個(gè)逆變周期內(nèi)分為四種工作模態(tài)，分別對(duì)應(yīng)[%%]、[^,^3]、和四個(gè)時(shí)間段。
【文檔編號(hào)】H02M7/487GK104201924SQ201410402490
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月16日
【發(fā)明者】馬海嘯, 葉海云, 聶勛 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)