一种非隔离型光伏并网逆变器的制造方法
【专利摘要】一种非隔离型光伏并网逆变器，包括直流电源、第一滤波电容、逆变模块、输出滤波模块，所述第一滤波电容并联于直流电源的两端；本实用新型所提出的一种非隔离型光伏并网逆变器，在续流期间电网与光伏板之间形成了电气隔离，此时电流只经过第五开关管S5与第一续流二极管D1或第六开关管S6与第二续流二极管D2降低了开关管的损耗。另外，本实用新型所提出的一种非隔离型光伏并网逆变器无漏电流产生，提高了系统的安全性和可靠性，并得到了优质的低谐波并网电流。
【专利说明】
一种非隔离型光伏并网逆变器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及光伏并网逆变器技术领域，特别是一种非隔离型光伏并网逆变 器。
【背景技术】
[0002] 近年来，光伏并网发电系统PV在世界各地得到了广泛的发展，特别是具有效率高、 体积小、重量轻、成本低的逆变器的小功率单相光伏并网系统的发展更为显著。
[0003] -般情况下，光伏并网逆变器可分为两种：隔离型逆变器和非隔离型逆变器。隔离 型逆变器通常包括带工频变压器的逆变器和带高频变压器的逆变器。变压器可以提供电网 和光伏阵列之间的电气隔离，变压器的存在可以消除光伏板和地面之间的漏电流，还可以 保证个人安全。但是带有工频变压器的逆变器尺寸大和重量重，这使得整个系统笨重，难以 安装。带有高频变压器的逆变器往往有几个功率级别，这增加了系统的复杂性，降低了系统 的效率。无变压器的逆变器由于其成本低，重量轻，效率高成为商业领域的首选。由于光伏 阵列和电网之间没有电气隔离，将会在光伏阵列和地面之间形成寄生电容，当寄生电容上 电压不为零或不恒定时，将会在光伏阵列、地面和电网之间形成漏电流。漏电流过大时会对 人生安全存在威胁和严重的电磁干扰问题。
[0004] 在无变压器光伏并网系统中已经提出了许多消除漏电流的拓扑结构，如双极性 SPWM全桥逆变器、三电平中点钳位逆变器NPC、和Her i c、H5、H6等。采用双极性SPWM全桥逆变 器可以保证产生一个恒定的共模电压和漏电流，但是由于输出双电平电压所需的输出滤波 器大，所以这将是系统损耗增加和功率密度降低。三电平中点钳位逆变器也可以消除漏电 流，与全桥逆变器相比输出电压提高、效率提高、输出滤波器的体积减小。三电平中点钳位 逆变器需要一个较大的直流供电电压，这限制了光伏板的工作电压范围。Heric、H5、H6逆变 器和全桥逆变器在单极性SPWM调制策略下需要相同的低直流母线电压，但系统功耗大，降 低并网电流的质量。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种非隔离型光伏并网逆变器，保证无漏 电流产生并与Her i c，H5、H6逆变器输入相同的低直流电压。
[0006] 为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是:一种非隔离型光伏并网 逆变器，包括直流电源、第一滤波电容、逆变模块、输出滤波模块，其特征在于:所述第一滤 波电容并联于直流电源的两端；
[0007] 所述逆变模块包括第一桥臂、第二桥臂、上辅助桥臂、下辅助桥臂;所述第一桥臂 包括第一开关管和第二开关管，第一开关管的发射极与第二开关管的集电极串联后并联在 直流电源的两端;所述第二桥臂包括第三开关管和第四开关管，第三开关管的发射极与第 四开关管的集电极串联后并联在直流电源的两端;所述上辅助桥臂包括第一续流二极管和 第五开关管，第一续流二极管的阳极与第五开关管的发射极串联，第一续流二极管的阴极 与第一开关管的发射极连接，第五开关管的集电极与第三开关管的发射极连接;所述下辅 助桥臂包括第二续流二极管和第六开关管，第六开关管的发射极与第二续流二极管阳极串 联，第六开关管的集电极与第二开关管的集电极连接，第二续流二极管的阴极与第四开关 管的集电极连接；
[0008] 所述输出滤波模块包括第一电感、第二电感和第二滤波电容，第一电感的一端与 第一桥臂上第一开关管的发射极相连接，另一端与交流侧相连接;第二电感的一端与第二 桥臂上第四开关管的集电极相连接，另一端与交流侧相连接;第二滤波电容并联在交流电 网的两端。
[0009] 优选的，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第 六开关管均采用绝缘栅双极晶体管IGBT。
[0010]优选的，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第 六开关管均与续流二极管并联，发射极与续流二极管的正极连接，集电极与续流二极管的 负极连接。
[0011] 本实用新型所提出的一种非隔离型光伏并网逆变器，在续流期间电网与光伏板之 间形成了电气隔离，此时电流只经过第五开关管S5与第一续流二极管D1或第六开关管S6与 第二续流二极管D2降低了开关管的损耗。另外，本实用新型所提出的一种非隔离型光伏并 网逆变器无漏电流产生，提高了系统的安全性和可靠性，并得到了优质的低谐波并网电流。
【附图说明】
[0012] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
[0013]图1为本实用新型的结构不意图；
[0014] 图2为本实用新型的逻辑模块的示意图；
[0015] 图3为本实用新型第一阶段电流回路示意图；
[0016] 图4为本实用新型第二阶段电流回路示意图；
[0017] 图5为本实用新型第三阶段电流回路示意图；
[0018] 图6为本实用新型第四阶段电流回路示意图；
[0019] 图7为本实用新型共模电压的波形图；
[0020] 图8为本实用新型漏电流的波形图；
[0021 ]图9为本实用新型输出电压的波形图；
[0022] 图10为本实用新型并网电流的波形；
[0023] 图11为本实用新型并网电流的总谐波失真率。
【具体实施方式】
[0024] 如图1所示，一种非隔离型光伏并网逆变器，包括直流电源VDC、第一滤波电容C1、 逆变模块、输出滤波模块，其特征在于:所述第一滤波电容C1并联于直流电源VDC的两端； [0025]所述逆变模块包括第一桥臂、第二桥臂、上辅助桥臂、下辅助桥臂;所述第一桥臂 包括第一开关管S1和第二开关管S2,第一开关管S1的发射极与第二开关管S2的集电极串联 后并联在直流电源VDC的两端;所述第二桥臂包括第三开关管S3和第四开关管S4,第三开关 管S3的发射极与第四开关管S4的集电极串联后并联在直流电源VDC的两端;所述上辅助桥 臂包括第一续流二极管D1和第五开关管S5,第一续流二极管D1的阳极与第五开关管S5的发 射极串联，第一续流二极管D1的阴极与第一开关管S1的发射极连接，第五开关管S5的集电 极与第三开关管S3的发射极连接;所述下辅助桥臂包括第二续流二极管D2和第六开关管 S6,第六开关管S6的发射极与第二续流二极管D2阳极串联，第六开关管S6的集电极与第二 开关管S2的集电极连接，第二续流二极管D2的阴极与第四开关管S4的集电极连接；
[0026]所述输出滤波模块包括第一电感L1、第二电感L2和第二滤波电容C2,第一电感L1 的一端与第一桥臂上第一开关管S1的发射极相连接，另一端与交流侧相连接;第二电感L2 的一端与第二桥臂上第四开关管S4的集电极相连接，另一端与交流侧相连接;第二滤波电 容C2并联在交流电网的两端。
[0027]优选的，所述第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开 关管S5、第六开关管S6均采用绝缘栅双极晶体管IGBT。
[0028]优选的，所述第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开 关管S5、第六开关管S6均与续流二极管并联，发射极与续流二极管的正极连接，集电极与续 流二极管的负极连接。
[0029] 如图2所示，在非隔离型光伏逆变器拓扑结构中采用双向单极性SPWM调制策略，驱 动电路工作方式是在交流侧电压正半周时，第五开关管S5始终导通，第一开关管S1和第四 开关管S4的栅极输入相同的高频驱动信号，高频开通和关断，第六开关管S6在第一开关管 S1和第四开关管S4开通时关断，在第一开关管S1和第四S4关断时开通，第二开关管S2和第 三开关管S3始终关断;在交流侧电压负半周时，第六开关管S6始终导通，第二开关管S2和第 三开关管S3的栅极输入相同的高频驱动信号，高频开通和关断，第五开关管S5在第二开关 管S2和第三开关管S3开通时关断，在第二开关管S2和第三开关管S3关断时开通，第一开关 管S1和第四开关管S4始终关断。
[0030] 本实用新型逆变器在工频周期内有四个工作阶段：
[0031] 如图3所示，第一工作阶段:在工频电压正半周期，第五开关管S5始终导通，第一开 关管S1和第四开关管S4输入相同的高频驱动信号，第六开关管S6在第一开关管S1和第四开 关管S4开通时关断，在第一开关管开关管S1和第四开关管S4关断时开通，第二开关管S2和 第三开关管S3始终关断。第一开关管开关管S1和第四开关管S4导通时并网电流经第一开关 管S1、第一电感L1、第二电感L2、第四开关管S4向电网供电。VAN=VDC，VBN = 0V，所以VAB = VDC，共模电压VCM是
[0032]如图4所示，第二工作阶段:第一开关管S1和第四开关管S4,第六开关管S6导通，第 二开关管S2和第三开关管S3始终关断，第五开关管S5导通，由第一电感L1、交流电网、第二 电感L2、第五开关管S5、第一续流二极管D1组成续流路径使光伏板与交流电网隔离。VAN = VBN=VDC/2，所以VAB = 0 V，共模电压VCM是：
[0033]如图5所示，第三工作阶段:在工频电压负半周期，第六开关管S6始终导通，第二 开关管S2和第三开关管S3输入相同的高频驱动信号，第五开关管S5在第二开关管S2和第三 开关管S3开通时关断，在第二开关管S2和第三开关管S3关断时开通，第一开关管S1和第四 开关管S4始终关断。第二开关管S2和第三开关管S3导通时并网电流经第三开关管S3、第二 电感L2、第一电感L1、第二开关管S2向电网供电。VAN = OV，VBN = VDC，所以VAB = -VDC，共模 电压VCM是：
[0034]如图6所示，第四工作阶段:第二开关管S2和第三开关管S3关断，第五开关管S5导 通，第一开关管S1和第四开关管S4始终关断，第六开关管S6导通，由第六开关管S6、第二续 流二极管D2、第二电感L2、交流电网、第一电感L1构成续流路径使光伏板与交流电网隔离。 VAN=VBN=VDC/2，所以 VAB = 0 V，共模电压 VCM 是：
[0035]通过上面的分析可知共模电压恒定，所以有助于消除漏电流。
[0036]在双向单极性SP丽调制策略下共模电压VCM、漏电流、输出电压VAB和并网电流的 波形如图7、8、9、10所示。
[0037] 工模电压在电网电压过零时无高频脉动，消除了死区时间的影响。在双向单极性 调制策略下输出并网电流质量更加优化，降低了并网电流的总谐波失真率，并网电流的总 谐波失真率如图11所示。
[0038] 本实用新型一种非隔离型单向并网逆变器消除了漏电流对人身安全存在的威胁 和电磁干扰的问题，提高了系统的可靠性、降低了电流总谐波失真率和减少死区效应。
[0039] 上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限 制，本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案 中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型 的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种非隔离型光伏并网逆变器，包括直流电源(VDC)、第一滤波电容(Cl)、逆变模块、 输出滤波模块，其特征在于:所述第一滤波电容(C1)并联于直流电源(VDC)的两端； 所述逆变模块包括第一桥臂、第二桥臂、上辅助桥臂、下辅助桥臂;所述第一桥臂包括 第一开关管(S1)和第二开关管(S2)，第一开关管(S1)的发射极与第二开关管(S2)的集电极 串联后并联在直流电源(VDC)的两端；所述第二桥臂包括第三开关管（S3)和第四开关管 (S4)，第三开关管(S3)的发射极与第四开关管(S4)的集电极串联后并联在直流电源(VDC) 的两端；所述上辅助桥臂包括第一续流二极管(D1)和第五开关管（S5)，第一续流二极管 (D1)的阳极与第五开关管（S5)的发射极串联，第一续流二极管(D1)的阴极与第一开关管 (S1)的发射极连接，第五开关管(S5)的集电极与第三开关管(S3)的发射极连接;所述下辅 助桥臂包括第二续流二极管(D2)和第六开关管(S6)，第六开关管(S6)的发射极与第二续流 二极管(D2)阳极串联，第六开关管(S6)的集电极与第二开关管(S2)的集电极连接，第二续 流二极管(D2)的阴极与第四开关管(S4)的集电极连接； 所述输出滤波模块包括第一电感(L1)、第二电感(L2)和第二滤波电容(C2)，第一电感 (L1)的一端与第一桥臂上第一开关管（S1)的发射极相连接，另一端与交流侧相连接;第二 电感(L2)的一端与第二桥臂上第四开关管（S4)的集电极相连接，另一端与交流侧相连接； 第二滤波电容(C2)并联在交流电网的两端。2. 根据权利要求1所述一种非隔离型光伏并网逆变器，其特征在于：所述第一开关管 (S1)、第二开关管（S2)、第三开关管（S3)、第四开关管（S4)、第五开关管（S5)、第六开关管 (S6)均采用绝缘栅双极晶体管IGBT。
【文档编号】H02M7/5387GK205647288SQ201620384279
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】晋贞贞, 司新放, 胡康, 冯晓裕, 叶青峰, 陈小艳
【申请人】三峡大学