专利名称：用于光伏发电的逆变器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及太阳能发电领域，具体涉及一种用于光伏发电的逆变器。
背景技术：
现有在人们对能源需求急剧增加，而石化能源日益匾乏的现代社会，开发和利用太阳能等可再生能源越来越受到重视。太阳能光伏发电是新能源的重要组成部分，被认为是当前世界上最有发展前景的新能源技术。现有的光伏逆变器，主要分为两类，隔离型和非隔离型。由于有变压器隔离，第一类光伏逆变器允许将光伏板端子接地。但是，如果采用工频变压器隔离，会增加系统的整体体积、重量和成本。为了克服这个问题，产生了使用带高频变压器的直流-直流转换器作为一级中间环节，以实现电气隔离的方案。然而在大多数 情况中，虽然该替选方案中的高频变压器与工频变压器相比显著减小了体积和重量，但是因其拓扑采用的两级变换，使得主电路更加复杂，增加了成本，降低了效率。由于这些限制，光伏市场已将目光投向不具有任何种类的变压器的光伏逆变器。在中小功率并网逆变的应用场合，特别是单相逆变器，为了追求最大效率和降低成本，大都采用无变压器隔离设计，但是这种电路结构有一个缺点，即输出负载端与光伏阵列之间存在直接的电气连接。由于太阳能电池和接地外壳之间存在对地的寄生电容，这一寄生电容与逆变器输出端阻抗形成共模电流流通的回路，当逆变器的功率开关动作时会引起该回路中电位的变化，从而能够激励这个共模回路产生共模电流。共模电流的出现会引起太阳能板的老化，增加系统的传导损耗，降低电磁兼容性并产生安全问题。为了解决非隔离型光伏逆变器的共模电流问题，现有技术中比较普遍的是采用双极性调制，然而双极性调制会引起更大的开关损耗和谐波电流。现有的一些专利提出了很多新的拓扑结构，力争从电路结构上解决共模电流的问题。但是大多会增加电路结构的复杂性，加大成本，或引起一些其他的问题。
实用新型内容本实用新型目的是提供一种用于光伏发电的逆变器，此逆变器在不增加电路复杂性的前提下能够较好的降低共模电流，改善太阳能板的老化，增强了电磁兼容性和安全性；且转换效率也得到了提高。为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种用于光伏发电的逆变器，此逆变器位于太阳能光伏板与电网/负载之间；所述逆变器包括DC/DC升压模块，此DC/DC升压模块输入端连接到所述太阳能光伏板的输出端；直流平波单元，此直流平波单元位于正母线和负母线之间；逆变电路模块，用于将直流电转换成交流电，包括位于正母线和负母线之间的第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂为由串联的第二、第三、第四和第五功率开关管，第二桥臂为由串联的第六、第七功率开关管，第三、第四功率开关管的接点作为第一输出端口，第六、第七功率开关管的接点作为第二输出端口，作为箝位的串联第二二极管和第三二极管位于第二、第三功率开关管的接点和第四、第五功率开关管的接点之间；控制模块，用于产生控制第一桥臂中功率开关管通断的第一脉冲控制信号和用于产生控制第二桥臂中功率开关管通断的第二脉冲控制信号，所述第一脉冲控制信号为高频脉冲信号，所述第二脉冲控制信号为低频脉冲信号；用于对交流电滤波的交流滤波电感，其位于电网/负载和所述逆变电路模块的第一输出端口之间。上述技术方案中进一步改进的技术方案如下I、上述方案中，所述DC/DC升压模块由第一电感、第一功率开关管和第一二极管组成，此第一电感一端接受来自直流正母线的直流，另一端连接到所述第一功率开关管的 集电极，第一功率开关管的发射极连接到直流负母线，所述第一二极管一端连接到所述第一电感和第一功率开关管的接点。2、上述方案中，所述直流平波单元由串接第一电容和第二电容组成，第一电容和第二电容的接点与第二二极管和第三二极管的接点连接。由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点和效果I、本实用新型因第二桥臂B的中点输出端电位高低是按照调制波的频率作低频切换，当采用单滤波电感，在中点输出端电位保持稳态的过程中，对地共模电流回路中的各点电位也保持稳定，不会引起共模电流，只在桥臂B中点输出端电位跳变的瞬间产生共模电流，从而整个周期的共模电流有效值非常小，所以本实用新型在不增加电路复杂性的前提下能够较好的降低共模电流，改善太阳能板的老化，增强了电磁兼容性和安全性。2、相比于有变压器的逆变器，不仅减小了逆变器的体积，降低了逆变器的成本，而且具有更高的转换效率。3、相比于双极性调制模式，所采用的单极性模式可以减小输出谐波和降低开关损耗；相比于其他电路拓扑结构，本专利在不增加电路结构复杂性的前提下大大降低了共模电流。
附图I为本实用新型用于光伏发电的逆变器原理框图；附图2为本实用新型用于光伏发电的逆变器共模电流原理图；附图3为本实用新型第一桥臂A输出端电位波形图；附图4为本实用新型第二桥臂B输出端电位波形图；附图5为本实用新型用于光伏发电的逆变器电路原理图。以上附图中1、太阳能光伏板；2、电网/负载；3、DC/DC升压模块；4、直流平波单元；5、逆变电路模块；6、控制模块；7、交流滤波电感。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述实施例一种用于光伏发电的逆变器，此逆变器位于太阳能光伏板I与电网/负载2之间；所述逆变器包括DC/DC升压模块3，此DC/DC升压模块输入端连接到所述太阳能光伏板的输出端；[0027]直流平波单元4，此直流平波单元由位于正母线和负母线之间；逆变电路模块5，用于将直流电转换成交流电，包括位于正母线和负母线之间的第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂为由串联的第二、第三、第四和第五功率开关管Q2、Q3、Q4、Q5，第二桥臂为由串联的第六、第七功率开关管Q6、Q7，第三、第四功率开关管的接点作为第一输出端口，第六、第七功率开关管的接点作为第二输出端口，作为箝位的串联第二二极管D2和第三二极管D3位于第二、第三功率开关管的接点和第四、第五功率开关管的接点之间；控制模块6，用于产生控制第一桥臂中功率开关管通断的第一脉冲控制信号和用于产生控制第二桥臂中功率开关管通断的第二脉冲控制信号，所述第一脉冲控制信号为高频脉冲信号，所述第二脉冲控制信号为低频脉冲信号；用于对交流电滤波的交流滤波电感7，其位于电网/负载2和所述逆变电路模块5的第一输出端口之间。 上述DC/DC升压模块由第一电感LI、第一功率开关管Q1、第一二极管Dl组成，此第一电感LI 一端接受来自直流正母线的直流，另一端连接到所述第一功率开关管Ql的集电极，第一功率开关管Ql的发射极连接到直流负母线，所述第一二极管Dl —端连接到所述第一电感LI和第一功率开关管Ql的接点。上述直流平波单元4由串接第一电容Cl和第二电容C2组成，第一电容Cl和第二电容C2的接点与第二二极管D2和第三二极管D3的接点连接。本实施例上述内容解释如下。附图2，是本实用新型关于共模电流分析的原理图。以负母线电位为参考地，附图2中各点电位如下直流正母线电位为Up，直流负母线电位为0，第一桥臂A中点输出端电位为UaO，第二桥臂B中点输出端电位为UbO。在一个完整的调制波周期内，UaO、UbO的波形如图3、图4所示(图3中所示为第一桥臂A为两电平桥臂时的电位变化)。UaO与UbO的幅值均在Up和0两个电位间切换。以Ul表不电感上的压降，Ug表不负载端电压，Ucm表不寄生电容上共模电压，Uz表示负载端对地阻抗Z上的电压降，icm表示共模回路中的共模电流。太阳能光伏阵列正端对大地和负端对大地分别存在寄生电容Cml和Cm2，这两个寄生电容均可构成共模电流回路，且原理相同，下面以Cm2构成的共模电流回路为例进行分析。如图2中所不,寄生电容Cm2、第一桥臂A、滤波电感L、输出负载、输出端对地阻抗Z，可构成第一个共模电流回路，该回路中的共模电流由桥臂A的电位跳变激励产生。寄生电容Cm2、第二桥臂B、输出端对地阻抗Z，可构成第二个共模电流回路，该回路中的共模电流由桥臂B的电位跳变激励产生。根据基尔霍夫电压定律，可分别列出两个共模电流回路的电压方程-Uao+UL+Ug+Uz+Ucm=0 (I)-Ubo+Uz+Ucm=0 (2 )如图2中所示，流过地线的共模电流主要由寄生电容和负载端对地阻抗Z上的电压变化而激励产生，即由uz+uM激励产生。由上式(2)得[0045]Uz+Ucm=Ub。 (3)所以此刻的共模电流只由Ubo激励产生，上述第一个共模电流回路中桥臂A的电位跳变实际上没有激励出共模电流，这是与双滤波电感不同的地方。如图4中所示，第二桥臂B的中点输出端电位高低是按照调制波的频率作低频切换，在0 T/2周期内，Uz+Ucm=Ub0=Up ;在T/2 T周期内，Uz+Ucm=Ubo=00在对应的每半个调制波周期内，Uz+Uem恒定，不会引起共模电流。只有当Ub。跳变的时候Uz+U 才发生一次变化，此刻才会引起共模电流。因为这种电压跳变只发生在T/2和T时刻，可以通过减缓其状态切换的速度来大大降低这一次切换时所带来的共模电流(基本不会引起效率的降低)，从整个调制波周期来看，其共模电流有效值非常小。而如果采用双滤波电感，桥臂A的电位高频跳变会通过滤波电感串入该回路，从而在整个调制波周期内产生高频变化的共模电流。综上所述，采用单滤波电感，由于UfUaZS有高频的变化，其低频切换时的变化速度又是可控 的，所以可以大大降低其引起的共模电流。参照附图5，直流输入正母线经过一个电感LI与功率管Ql集电极相连，负母线与功率管Ql的发射极相连，所述电感LI与二极管Dl串联，Dl的另一端与母线电容Cl相连，所述母线电容Cl和C2构成的串联电路跨接在母线上；所述功率器件Q2的发射极Q3的集电极相连，所述Q3的发射极与Q4的集电极相连，所述Q4的发射极与Q5的集电极相连，所述功率器件组成的串联电路跨接在正负母线之间；所述功率器件Q6的发射极与Q7的集电极相连组成的串联电路跨接在正负母线之间；所述C3、C4串联的中点通过串联箝位二极管D2与Q2，Q3串联的中点相连，同时通过反串联箝位二极管D3与Q4、Q5串联的中点相连；所述功率管Q3、Q4的中点与所述并网滤波电感L2的一端相连，L2的另一端与电网/负载相连；所述Q6、Q7的中点直接与电网/负载相连。太阳能光伏板产生的直流电经过电感LI和功率器件Ql及二极管Dl组成一个DC/DC升压电路之后，再经过直流平波电容Cl，C2平波，然后经过由六个功率管Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7和箝位二极管D2、D3组成的逆变电路，将直流电转换成交流电，最后经过并网滤波电感L2对交流电进行滤波后并入电网/负载。电网/负载的一端与大地连接，忽略其接地阻抗。太阳能光伏阵列正负端对地寄生电容等效为负端对地电容Cm。Ua0, Ubo表示全桥逆变器交流输出a、b点对直流负母线0点的电压，Ul表示电感上的压降，Ug表示电网/负载电压，U 表示寄生电容上共模电压，1 表示共模谐振回路中的共模电流。根据基尔霍夫电压定律，可列出共模电流回路的电压方程-Uao+UL+Ug+UCffl=0-Ubo+Ucffl=0由上式得共模电压Ucm为U =UM，而流过寄生电容上的共模电流为icm =，可见，共模电流与共模电压的
d/
变化率成正比。在电网/负载电流正半周期，Q7 一直导通，Ucm=Ubo=O ；在电网/负载电流负半周期，Q6 一直导通，Ucm=Ubo=Up ；因为Q6和Q7只进行工频开关，在对应的每半个工频周期内，Uem恒定，不会引起共模电流，而只有当Q6和Q7的状态切换的时候Uem才发生一次变化，在此刻才会引起共模电流。因为Q6和Q7每半个工频周期才切换一次，可以通过减缓其切换的速度来大大降低这一次切换时所带来的共模电流(基本不会引起效率的降低)。综上所述，Um没有高频的变化，其工频变化时的变化速度又是可控的，所以可以大大降低其引起的共模电流。上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。 凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种用于光伏发电的逆变器，此逆变器位于太阳能光伏板(I)与电网/负载(2)之间；其特征在于所述逆变器包括 DC/DC升压模块(3)，此DC/DC升压模块输入端连接到所述太阳能光伏板的输出端； 直流平波单元(4)，此直流平波单元位于正母线和负母线之间； 逆变电路模块(5)，用于将直流电转换成交流电，包括位于正母线和负母线之间的第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂为由串联的第二、第三、第四和第五功率开关管(Q2、Q3、Q4、Q5)，第二桥臂为由串联的第六、第七功率开关管(Q6、Q7)，第三、第四功率开关管的接点作为第一输出端口，第六、第七功率开关管的接点作为第二输出端口，作为箝位的串联第二二极管(D2)和第三二极管(D3)位于第二、第三功率开关管的接点和第四、第五功率开关管的接点之间； 控制模块(6)，用于产生控制第一桥臂中功率开关管通断的第一脉冲控制信号和用于产生控制第二桥臂中功率开关管通断的第二脉冲控制信号，所述第一脉冲控制信号为高频·脉冲信号，所述第二脉冲控制信号为低频脉冲信号； 用于对交流电滤波的交流滤波电感(7)，其位于电网/负载(2)和所述逆变电路模块(5)的第一输出端口之间。
2.根据权利要求I所述的用于光伏发电的逆变器，其特征在于所述DC/DC升压模块由第一电感(LI)、第一功率开关管(Ql)和第一二极管(Dl)组成,此第一电感(LI)一端接受来自直流正母线的直流，另一端连接到所述第一功率开关管(Ql)的集电极，第一功率开关管(Ql)的发射极连接到直流负母线，所述第一二极管(Dl)—端连接到所述第一电感(LI)和第一功率开关管(Ql)的接点。
3.根据权利要求I所述的用于光伏发电的逆变器，其特征在于所述直流平波单元(4)由串接第一电容(Cl)和第二电容(C2)组成，第一电容(Cl)和第二电容(C2)的接点与第二二极管(D2)和第三二极管(D3)的接点连接。
专利摘要本实用新型公开一种用于光伏发电的逆变器，包括DC/DC升压模块；直流平波单元；逆变电路模块，包括位于正母线和负母线之间的第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂为由串联的第二、第三、第四和第五功率开关管，第二桥臂为由串联的第六、第七功率开关管，作为箝位的串联第二二极管和第三二极管位于第二、第三功率开关管的接点和第四、第五功率开关管的接点之间；控制模块，用于产生控制桥臂中功率开关管通断的脉冲控制信号；用于对交流电滤波的交流滤波电感，其位于电网/负载和所述逆变电路模块的第一输出端口之间。本实用新型逆变器在不增加电路复杂性的前提下能够较好的降低共模电流，改善太阳能板的老化，增强了电磁兼容性和安全性；且转换效率也得到了提高。
文档编号H02M7/537GK202495887SQ20122004265
公开日2012年10月17日 申请日期2012年2月10日 优先权日2012年2月10日
发明者戴明, 支艳平, 陈鸽, 陶利锋 申请人:常熟开关制造有限公司(原常熟开关厂)