帶續(xù)流箝位開關(guān)的單相非隔離光伏逆變器主電路拓?fù)涞闹谱鞣椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明提供一種帶續(xù)流箝位開關(guān)的單相非隔離光伏逆變器主電路拓?fù)洌ǎ阂粏蜗嗳珮蚰孀兤?、一箝位電容組、一續(xù)流箝位開關(guān)、一 LCL 濾波電路和一電阻，其中續(xù)流箝位開關(guān)由一單相不控整流橋和兩個開關(guān)管組成，箝位電容組由兩個輸入電容組成。本發(fā)明的單相非隔離光伏逆變器通過在全橋逆變器的交流側(cè)加入了一個續(xù)流箝位開關(guān)，該續(xù)流箝位開關(guān)可使逆變器續(xù)流電流不流經(jīng)輸入電源，省去了能量回饋電源這個環(huán)節(jié)，提高了非隔離光伏逆變器的轉(zhuǎn)換效率；而且續(xù)流箝位開關(guān)中的兩個開關(guān)管的一端接到逆變器直流輸入箝位電容的中點(diǎn)，使得續(xù)流階段逆變器共模電壓被有效箝位至直流輸入電壓的一半，改善逆變器的共模特性，從而消除光伏逆變器的共模漏電流，確保使用時的人身和設(shè)備安全。
【專利說明】帶續(xù)流箝位開關(guān)的單相非隔離光伏逆變器主電路拓?fù)?br>
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力電子直流-交流變換【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言涉及一種帶續(xù)流箝位開 關(guān)的單相非隔離光伏逆變器，適用于光伏發(fā)電場合。

【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大的不良 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。
[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，由于電池板對地電容的存在，逆變器工作時會產(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 VDE 0126-1-1標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)對地漏電流瞬時值大于300mA時，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)必須在〇· 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急需要解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在提出一種帶續(xù)流箝位開關(guān)的單相非隔離光伏逆變器，可消除共模漏電 流，改善逆變器共模特性，且提高逆變器的變換效率。
[0007] 本發(fā)明的上述目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征實現(xiàn)，從屬權(quán)利要求以另選或有 利的方式發(fā)展獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征。
[0008] 為達(dá)成上述目的，本發(fā)明第一方面公開一種帶續(xù)流箝位開關(guān)的單相非隔離光伏逆 變器，包括：一單相全橋逆變器、一箝位電容組、一續(xù)流箝位開關(guān)、一ζα濾波電路和一電 阻，其中： 所述續(xù)流箝位開關(guān)由一單相不控整流橋和兩個開關(guān)管組成； 所述箝位電容組由兩個輸入電容組成； 所述單相全橋逆變器由四個開關(guān)管組成； 所述單相不控整流橋由四個整流二極管組成； 所述ζα濾波電路由第一濾波電感、第二濾波電感和濾波電容組成； 所述單相全橋逆變器、箝位電容組、續(xù)流箝位開關(guān)、lcl濾波電路和電阻之間的連接如 下： 所述第一輸入電容的正極、第一開關(guān)管、第三開關(guān)管的漏極分別與一太陽能電池的正 極相連； 所述第二輸入電容的負(fù)極、第二開關(guān)管、第四開關(guān)管的源極分別與一太陽能電池的負(fù) 極相連； 所述第一開關(guān)管的源極與第二開關(guān)管的漏極相連；第三開關(guān)管的源極與第四開關(guān)管的 漏極相連； 逆變器交流側(cè)采用前述的四個整流二極管組成單相不控整流橋，其中第一整流二極 管和第二整流二極管共陰極，第三整流二極管和第四整流二極管共陽極，第一整流二極管 的陽極與第三整流二極管的陰極相連，第二整流二極管的陽極與第四整流二極管的陰極相 連； 第一開關(guān)管的源極和第二開關(guān)管的漏極的連接點(diǎn)分別與第一整流二極管的陽極、第三 整流二極管的陰極和第一濾波電感的一端相連；第一濾波電感的另一端分別與濾波電容的 一端和電阻的一端相連； 第三開關(guān)管的源極和第四開關(guān)管的漏極的連接點(diǎn)分別與第二整流二極管的陽極、第四 整流二極管的陰極和第二濾波電感的一端相連；第二濾波電感的另一端分別與濾波電容的 另一端和電阻的另~'端相連； 第五開關(guān)管的漏極與單相不控整流橋的共陰極相連，其源極與第一輸入電容的負(fù)極、 第二輸入電容的正極相連； 第六開關(guān)管的漏極與第一輸入電容的負(fù)極、第二輸入電容的正極相連，其源極與單相 不控整流橋的共陽極相連。
[0009] 由以上技術(shù)方案可知,本發(fā)明所提出的帶續(xù)流箝位開關(guān)的單相非隔離光伏逆變 器，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著效果在于： 通過在全橋逆變器的交流側(cè)加入了一個續(xù)流箝位開關(guān)，該續(xù)流箝位開關(guān)可使逆變器續(xù) 流電流不流經(jīng)輸入電源，省去了能量回饋電源這個環(huán)節(jié)，提高了非隔離光伏逆變器的轉(zhuǎn)換 效率；而且將續(xù)流箝位開關(guān)中的兩個開關(guān)管的一端接到逆變器直流輸入電容的中點(diǎn)，使得 續(xù)流階段逆變器共模電壓被有效箝位至直流輸入電壓的一半，改善逆變器的共模特性，從 而消除光伏逆變器的共模漏電流，確保使用時的人身和設(shè)備安全。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明一實施方式帶續(xù)流箝位開關(guān)的單相非隔離光伏逆變器的電路結(jié)構(gòu) 示意圖。
[0011]圖2a_2d分別為圖1實施例帶續(xù)流箝位開關(guān)的單相非隔離光伏逆變器的四個模態(tài) 圖。
[0012]圖3為圖1實施例帶續(xù)流箝位開關(guān)的單相非隔離光伏逆變器的示例性驅(qū)動信號時 序圖。

【具體實施方式】
[0013]為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。
[00M]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的較優(yōu)實施例，一種帶續(xù)流箝位開關(guān)的單相非隔離光伏 逆變器，包括：一單相全橋逆變器、一箝位電容組、一續(xù)流箝位開關(guān)、一 ζα濾波電路和一電 阻。
[0015]本實施例中，所述續(xù)流箝位開關(guān)由一單相不控整流橋和兩個開關(guān)管(5·5、5· 6)組成； 所述箝位電容組由兩個輸入電容(Cdc;1、Cdc;2)組成； 所述單相全橋逆變器由四個開關(guān)管(&、馬、5·3、5·4)組成； 所述單相不控整流橋由四個整流二極管(A，A，外，久）組成； 所述ζα濾波電路由第一濾波電感、第二濾波電感和濾波電容&組成； 所述單相全橋逆變器、箝位電容組、續(xù)流箝位開關(guān)、ζα濾波電路和電阻之間的連接如 下： 所述第一輸入電容的正極、以及所述單相全橋逆變器的第一開關(guān)管叉、第三開關(guān)管 A的漏極分別與一太陽能電池％v的正極相連； 所述第二輸入電容&。2的負(fù)極、以及所述單相全橋逆變器的第二開關(guān)管&、第四開關(guān)管 Α的源極分別與一太陽能電池％ν的負(fù)極相連； 所述第一開關(guān)管4的源極與第二開關(guān)管足的漏極相連；第三開關(guān)管&的源極與第四 開關(guān)管\的漏極相連； 逆變器交流側(cè)采用前述的四個整流二極管(A，4，A，A)組成單相不控整流橋，其中第 一整流二極管A和第二整流二極管久共陰極，第三整流二極管A和第四整流二極管仏共 陽極，第一整流二極管A的陽極與第三整流二極管A的陰極相連，第二整流二極管A的陽 極與第四整流二極管久的陰極相連； 第一開關(guān)管A的源極和第二開關(guān)管叉的漏極的連接點(diǎn)A分別與第一整流二極管久的 陽極、第三整流二極管A的陰極和第一濾波電感的一端相連；第一濾波電感的另一 端分別與濾波電容G的一端和電阻7?的一端相連； 第三開關(guān)管&的源極和第四開關(guān)管的漏極的連接點(diǎn)Β分別與第二整流二極管慫的 陽極、第四整流二極管A的陰極和第二濾波電感Z/2的一端相連；第二濾波電感的另一 端分別與濾波電容G的另一端和電阻7?的另一端相連； 第五開關(guān)管的漏極與單相不控整流橋的共陰極相連，其源極與第一輸入電容的負(fù)極、 第二輸入電容的正極相連； 第六開關(guān)管的漏極與第一輸入電容的負(fù)極、第二輸入電容的正極相連，其源極與單相 不控整流橋的共陽極相連。
[0016] 結(jié)合圖1所示，本實施例提出的帶續(xù)流箝位開關(guān)的單相非隔離光伏逆變器，通過 在全橋逆變器的交流側(cè)加入了一個續(xù)流箝位開關(guān)（由單相不控整流橋和兩個開關(guān)管S 5、S6 組成)，該續(xù)流箝位開關(guān)可使逆變器續(xù)流電流不流經(jīng)輸入電源，省去了能量回饋電源這個環(huán) 節(jié)，提高了非隔離光伏逆變器的轉(zhuǎn)換效率；而且將續(xù)流箝位開關(guān)中的兩個開關(guān)管的一端接 到逆變器直流輸入電容的中點(diǎn)，使得續(xù)流階段逆變器共模電壓被有效箝位至直流輸入電壓 的一半，改善逆變器的共模特性，從而消除光伏逆變器的共模漏電流，確保使用時的人身和 設(shè)備安全。
[0017] 作為一個示例性的實施方式，以電源輸入電壓360VDC、交流側(cè)輸出電壓 220VAC/50HZ、額定輸出功率300W為例，根據(jù)此技術(shù)指標(biāo)設(shè)計的電路參數(shù)如下： 1)由輸入電壓與整流二極管電壓應(yīng)力的關(guān)系、負(fù)載電流與整流二極管電流的關(guān)系以及 考慮到整流二極管工作在高頻場合，因此選取整流二極管(A，久，久，久）為超快恢復(fù)二極 管，具體型號為MJR860,（反向峰值電壓600V,正向平均電流8A); 2) 輸入電容(Cdel、Cdc;2)均選取330// F/250V的電解電容； 3) 由輸入電壓與六個開關(guān)管電壓應(yīng)力的關(guān)系以及負(fù)載電流與六個開關(guān)管電流的關(guān)系， 開關(guān)管均選取型號為IRFP450的金屬氧化物場效應(yīng)管，（漏源電壓Vdss 為500V，漏極電流Id為14A)。
[0018] 4)Ζα濾波電路中，濾波電感(&、&)分別取值為3mH，濾波電容選取2//F/250V CBB電容； 5)由輸出電壓以及負(fù)載功率的大小，確定電阻R的阻值為160 Ω。
[0019] 如圖3所示給出了帶續(xù)流箝位開關(guān)的單相非隔離光伏逆變器的控制時序圖，圖中 從上至下波形分別為： 第一開關(guān)管巧的柵源電壓波形;第二開關(guān)管4的柵源電壓波形議;第三開關(guān)管1的 柵源電壓波形&3;第四開關(guān)管發(fā)的柵源電壓波形^ ;第五開關(guān)管舄的柵源電壓波形;第 六開關(guān)管薦的柵源電壓波形v_。
[0020] 本實施例的非隔離光伏逆變器在一個逆變周期內(nèi)可分為4種工作模態(tài)，如圖 2a-2d所示，分別對應(yīng)[心4]、[^ 2名]、[|，4]和[￡3為]四個時間段。圖2&-2(1中，虛線 部分標(biāo)出表明在對應(yīng)的模態(tài)圖中，相應(yīng)的部件不導(dǎo)通或處于關(guān)斷狀態(tài)。
[0021] 模態(tài) 1: 如圖2a所示，在[1?]階段，開關(guān)管盡、冬的柵源電壓為高電平,4^處于導(dǎo)通狀態(tài)；開 關(guān)管心高名和在的柵源電壓為零，處于關(guān)斷狀態(tài)。電流從電源正極流出，流經(jīng) 各、二/1、負(fù)載、1/2、筆，最后流回電源負(fù)極。此時K AQ= KPV，KBQ= 0,故逆變器橋臂中點(diǎn)電壓 「pv，共模電壓 ^〇11=(^+心)/2=〇· 5Γρν。
[0022] 模態(tài) 2 : 如圖2b所示，在[齡，4]階段，開關(guān)管、￡|、備和&的柵源電壓為零，備、高、在和￡；處于關(guān) 斷狀態(tài)；開關(guān)管&和冬的柵源電壓為高電平，^和在處于導(dǎo)通狀態(tài)。電感電流續(xù)流，電流依次 流經(jīng)心，負(fù)載，心為，為；續(xù)流階段，太陽能電池板輸出端與電網(wǎng)斷開。整個續(xù)流階段， KAQ= 0· 5KPV，KBQ= 0· 5KPV，故逆變器橋臂中點(diǎn)電壓匕=0,共模電壓 Keni=(KAQ+rBQ)/2=0. 5KPV。
[0023] 模態(tài) 3 : 如圖2。所示，在[?4，?5]階段，開關(guān)管爲(wèi)、瑪?shù)臇旁措妷簽楦唠娖?，冬?amp;處于導(dǎo)通狀態(tài)；開 關(guān)官^^:和高的柵源電壓為零，處于關(guān)斷狀態(tài)。電流從電源正極流出，流經(jīng)公3 、工/2、負(fù)載、￡/1為，最后流回電源負(fù)極。此時KAQ=0, KBQ= KPV，故逆變器橋臂中點(diǎn)電壓κΑΒ=-κΡν， 共模電壓 KM=(KAQ+KBQ)/2=0. 5KPV。
[0024] 模態(tài) 4 : 如圖2d所示，在[&r6]階段，開關(guān)管系、^、高和巧的柵源電壓為零，^高和^處于關(guān) 斷狀態(tài)；開關(guān)管巧和_的柵源電壓為高電平，馬和馮處于導(dǎo)通狀態(tài)。電感電流續(xù)流，電流依次 流經(jīng)心，負(fù)載，Ζλ，么。續(xù)流階段，太陽能電池板輸出端與電網(wǎng)斷開。整個續(xù)流階 段，K AQ= 0· 5KPV，KBQ= 0. 5KPV，故逆變器橋臂中點(diǎn)電壓 FAB=0,共模電壓 j/m=(Kaq+Kbq)/2=0. 5KPV。
[0025] 由以上分析可知，帶續(xù)流箝位開關(guān)的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)的電磁千擾，保證了 人身和設(shè)備的安全。此外，開關(guān)管&、5"6和整流橋構(gòu)成了續(xù)流回路，從而使知1續(xù)知 u〖;1段續(xù)流 電流不流馳源，省去了能量回饋電麟個環(huán)節(jié)，提1^ 了逆麵酸_率。、
[0026]雖然本發(fā)明已以較佳實酬麵如上，然其并棚以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技 術(shù)領(lǐng)域中具有31常知i只者，在不脫離Φ發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。因 此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種帶續(xù)流箝位開關(guān)的單相非隔離光伏逆變器主電路拓?fù)?，其特征在于，包括：?單相全橋逆變器、一箝位電容組、一續(xù)流箝位開關(guān)、一ζα濾波電路和一電阻，其中： 所述續(xù)流箝位開關(guān)由一單相不控整流橋和兩個開關(guān)管（&、&)組成； 所述箝位電容組由兩個輸入電容(cdc;1、G2)組成； 所述單相全橋逆變器由四個開關(guān)管（兄、馬、&、5·4)組成； 所述單相不控整流橋由四個整流二極管(A，A，A，Α)組成； 所述ζα濾波電路由第一濾波電感(ζΛ)、第二濾波電感(ζ?)和濾波電容(cp組成； 所述單相全橋逆變器、箝位電容組、續(xù)流箝位開關(guān)、ζα濾波電路和電阻之間的連接如 下： 所述第一輸入電容（cdc;1)的正極、以及所述單相全橋逆變器的第一開關(guān)管（兄）、第三開 關(guān)管(A)的漏極分別與一太陽能電池（％v)的正極相連； 所述第二輸入電容(6。2)的負(fù)極、以及所述單相全橋逆變器的第二開關(guān)管(馬）、第四開 關(guān)管(?)的源極分別與所述太陽能電池（?/ρν)的負(fù)極相連； 所述第一開關(guān)管（兄）的源極與第二開關(guān)管（?)的漏極相連；第三開關(guān)管（&)的源極與 第四開關(guān)管（?)的漏極相連； 逆變器交流側(cè)采用前述的四個整流二極管(A，A，A，A)組成單相不控整流橋，其中第 一整流二極管(A)和第二整流二極管(A)共陰極，第三整流二極管(A)和第四整流二極管 (A)共陽極，第一整流二極管(A)的陽極與第三整流二極管(A)的陰極相連，第二整流二 極管(久）的陽極與第四整流二極管(A)的陰極相連； 第一開關(guān)管(A)的源極和第二開關(guān)管(?)的漏極的連接點(diǎn)（A)分別與第一整流二極管 (A)的陽極、第三整流二極管(A)的陰極和第一濾波電感以^)的一端相連；第一濾波電感 (ζΛ)的另一端分別與濾波電容(cp的一端和電阻(/?)的一端相連； 第三開關(guān)管（Α)的源極和第四開關(guān)管(?)的漏極的連接點(diǎn)（Β)分別與第二整流二極管 (久）的陽極、第四整流二極管(Α)的陰極和第二濾波電感的一端相連；第二濾波電感 的另一端分別與濾波電容(6>)的另一端和電阻0?)的另一端相連； 第五開關(guān)管(&)的漏極與單相不控整流橋的共陰極相連，其源極與第一輸入電容 (Gi)的負(fù)極、第二輸入電容(Cddi)的正極相連； 第六開關(guān)管(X)的漏極與第一輸入電容(Cdc;1)的負(fù)極、第二輸入電容(CU的正極相 連，其源極與單相不控整流橋的共陽極相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶續(xù)流箝位開關(guān)的單相非隔離光伏逆變器，其特征在于，所 述整流二極管(A，久，A，A)均選取型號為MUR860的超快恢復(fù)二極管； 所述兩個輸入電容（Cdc;1、Cdc;2)均選取330// F/250V的電解電容； 所述六個開關(guān)管（31、5'2、&、5'4、55、5 6)均選取型號為11^^450的金屬氧化物場效應(yīng)管； 所述Ζα濾波電路中，兩個濾波電感(ΖΛ、的取值為3mH，所述濾波電容(6>)選取 2// F/250V 的 CBB 電容； 所述電阻（R)的阻值為160 Ω。
【文檔編號】H02M7/487GK104300821SQ201410501328
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】馬海嘯, 葉海云, 袁穎 申請人:南京郵電大學(xué)