CN102386796A - Bh逆变拓扑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种BH逆变拓扑结构，包括无电容BUCK部分、逆变H桥部分。无电容BUCK单元包括第一IGBT、电感线圈和二极管，逆变H桥单元包括第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT和第五IGBT，第一IGBT的发射极分别与电感线圈的一端、二极管的负极连接，输入的直流电源的正极与第一IGBT的集电极连接，二极管的正极与输入的直流电源的负极连接，电感线圈的另外一端分别与第二IGBT的集电极、第五IGBT的集电极连接，第二IGBT的发射极分别与第三IGBT的集电极、电网的一端连接，第五IGBT的发射极分别与第四IGBT的集电极、电网的另外一端连接。本发明具有成本低，效率高，运行安全可靠的特点。
Description
技术领域
本发明专利涉及光伏发电逆变领域，具体涉及一种能提高有源逆变装置网侧部分效率的拓扑结构。
背景技术
随着能源危机和使用传统能源对环境的影响，以煤炭和石油为主的传统能源发电在整个电力系统中比例会逐渐减少。以风能和太阳能为主的新能源将会在今后有长足的发展。太阳能以其清洁，无污染，适用地域广泛的优势，将成为21世纪最重要的能源之一，这就对太阳能光伏发电的效率有严格的要求。希望效率越高越好。而现在主流光伏逆变器所采用的拓扑结构多为由4支IGBT，或由2支IGBT和2支MOS管组成的H4全桥拓扑结构，再经过滤波电感L，滤波电容C所组成的滤波器接入电网。对H4全桥的拓扑结构，采用业界何种主流控制方式，其4支开关管或2支开关管都工作在开关频率，是影响光伏逆变器效率的主要损耗之一，滤波电感都工作在高频的双向励磁状态，由此产生的电流应力不仅在电感和电容上产生很大的的功率损耗，而且瞬时产生的电压、电流峰值也会对所选用的开关器件安全运行造成不良的影响。为此业界在此基础上提出的多种改进的拓扑结构。如著名的H5拓扑结构，其是在H4全桥拓扑的基础上提炼总结出H5拓扑结构，此结构具有效率高等特点，但是其在一个电网工频工作周期中，还是有相当大于2支的IGBT或者MOS管处于开关频率的工作状态，以及后级并网滤波电感要分解成两部分，对称的接在交流电网的L线、N线。系统比较复杂、限制了效率的进一步提高。比较主流的拓扑还有如下拓扑，分为带交流旁路的全桥拓扑、带直流旁路的拓扑。其中带直流旁路的全桥拓扑，其是在原有的H4全桥拓扑基础上，在光电池输出及H4全桥输入之间的正负母线上分别各接入一支IGBT。在一个电网工作工频周期中，在正负母线上的IGBT都工作在开关频率，也是有相当大于2支的IGBT或者MOS管处于开关频率的工作状态，损耗也是比较大，而且此拓扑使用了6支开关管，在效率不是很高的基础上还增加了整个拓扑的成本；也增加了这个拓扑工作中的故障点。另一种带交流旁路的全桥拓扑，其也是在H4全桥拓扑的基础上，在H4全桥输出与并网电感的输入之间即正负母线之间跨接由2只IGBT组成的串联通路。此通路在H4全桥工作在交流正半周期时，1支IGBT始终开通，另1支IGBT始终关闭，H4全桥的对臂工作在高频开关状态，在交流负半周期时另1支IGBT始终导通，而在交流正半周期导通的IGBT始终关闭，另一对在交流正半周期时关闭的H4全桥对臂工作在高频开关状态，在交流正半周期时工作的H4全桥对臂工作始终关闭。在一个电网工频工作周期中，也是有相当大于2支的IGBT或者MOS管处于开关频率的工作状态，损耗比较大，而且此拓扑也是使用了6支开关管，在效率不高的基础上也是增加了整个拓扑的成本，增加故障点。在此基础上提出了本发明专利的内容，本发明专利的特点是整个拓扑结构简单、损耗小、故障点少、效率高、性价比高。本发明的拓扑结构也是由5支开关管及1支二极管组成，在交流电网的正半周期，串联在正母线上的IGBT以开关频率工作在高频状态、而H4全桥的一组对臂以交流电网的频率工作在低频状态；另一组对臂处在关闭状态。在交流电网的负半周期，串联在正母线上的IGBT以开关频率工作在高频状态，H4全桥的另一组对臂以交流电网的频率工作在低频状态；在正半周期工作的对臂处在关断阶段。这样在一个交流电网工频工作周期中，始终只有1支开关管以开关频率工作在高频状态，其余4支开关管都工作在工频状态，损耗会有明显的减少。在母线电压与H4全桥输入之间的电感始终工作在单相励磁状态，这样这个拓扑结构与上述的各个方案对比，从开关损耗方面以及电感的损耗方面对比来说，损耗都有很大的下降，效率会有明显的提升。
发明内容
本发明专利的目的是提高有源逆变装置网侧部分的效率。通过采用本发明专利所提出的BH逆变拓扑结构来实现。
为达到上述目的，本发明专利的技术方案如下：一种BH逆变拓扑结构，包括无电容BUCK单元和逆变H桥单元，其特征在于：无电容BUCK单元包括第一IGBT、电感线圈和二极管，逆变H桥单元包括第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT和第五IGBT，第一IGBT的发射极分别与电感线圈的一端、二极管的负极连接，输入的直流电源的正极与第一IGBT的集电极连接，二极管的正极与输入的直流电源的负极连接，电感线圈的另外一端分别与第二IGBT的集电极、第五IGBT的集电极连接，第二IGBT的发射极分别与第三IGBT的集电极、电网的一端连接，第五IGBT的发射极分别与第四IGBT的集电极、电网的另外一端连接，二极管的正极分别与第三IGBT的发射极、第四IGBT的发射极连接。
本发明还具有如下特点：
第一IGBT以载波频率工作在高频状态，第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT和第五IGBT以调制波频率工作在工频状态，当在调制波正半周期时，当第一IGBT开通时，输入直流电压加在电感线圈上，此时第二IGBT、第四IGBT导通，输入向电网回馈能量；当第一IGBT关断时，电感线圈的电流通过第二IGBT、电网、第四IGBT和二极管续流；当在调制波负半周期时，当第一IGBT开通时，输入直流电压加在电感线圈上，此时第五IGBT和第三IGBT导通，输入向电网回馈能量，当第一IGBT关断时，电感线圈的电流通过第五IGBT、电网、第三IGBT和二极管续流，电感线圈始终向一个方向励磁；当第二IGBT和第四IGBT以调制波的频率在正半周期导通，第三IGBT和第五IGBT在负半周期导通；当第二IGBT和第四IGBT以调制波的频率在负半周期导通，第三IGBT和第五IGBT在正半周期导通。
本发明专利提高了有源逆变装置网侧部分效率。此装置具有拓扑简单，成本低，效率高，运行安全可靠的特点。
附图说明
图1为本拓扑结构示意图。其中1、第一IGBT，2、电感线圈，3、二极管，4、第二IGBT，5、第五IGBT，6、第三IGBT，7、第四IGBT，8、输入的直流电源， 9、电网。
具体实施方式
根据附图进一步说明：
一种BH逆变拓扑结构，包括无电容BUCK单元和逆变H桥单元，其特征在于：无电容BUCK单元包括第一IGBT、电感线圈和二极管，逆变H桥单元包括第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT和第五IGBT，第一IGBT的发射极分别与电感线圈的一端、二极管的负极连接，输入的直流电源的正极与第一IGBT的集电极连接，二极管的正极与输入的直流电源的负极连接，电感线圈的另外一端分别与第二IGBT的集电极、第五IGBT的集电极连接，第二IGBT的发射极分别与第三IGBT的集电极、电网的一端连接，第五IGBT的发射极分别与第四IGBT的集电极、电网的另外一端连接，二极管的正极分别与第三IGBT的发射极、第四IGBT的发射极连接。
具体的工作情况如下：
第一IGBT以载波频率工作在高频状态，第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT和第五IGBT以调制波频率工作在工频状态，当在调制波正半周期时，当第一IGBT开通时，输入直流电压加在电感线圈上，此时第二IGBT、第四IGBT导通，输入向电网回馈能量；当第一IGBT关断时，电感线圈的电流通过第二IGBT、电网、第四IGBT和二极管续流；当在调制波负半周期时，当第一IGBT开通时，输入直流电压加在电感线圈上，此时第五IGBT和第三IGBT导通，输入向电网回馈能量，当第一IGBT关断时，电感线圈的电流通过第五IGBT、电网、第三IGBT和二极管续流，电感线圈始终向一个方向励磁；当第二IGBT和第四IGBT以调制波的频率在正半周期导通，第三IGBT和第五IGBT在负半周期导通；当第二IGBT和第四IGBT以调制波的频率在负半周期导通，第三IGBT和第五IGBT在正半周期导通。
Claims (2)
1.一种BH逆变拓扑结构，包括无电容BUCK单元和逆变H桥单元，其特征在于：无电容BUCK单元包括第一IGBT、电感线圈和二极管，逆变H桥单元包括第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT和第五IGBT，第一IGBT的发射极分别与电感线圈的一端、二极管的负极连接，输入直流电源的正极与第一IGBT的集电极连接，二极管的正极与输入直流电源的负极连接，电感线圈的另外一端分别与第二IGBT的集电极、第五IGBT的集电极连接，第二IGBT的发射极分别与第三IGBT的集电极、电网的一端连接，第五IGBT的发射极分别与第四IGBT的集电极、电网的另外一端连接，二极管的正极分别与第三IGBT的发射极、第四IGBT的发射极连接。
2.根据权利要求1所述的一种BH逆变拓扑结构，其特征在于：第一IGBT以载波频率工作在高频状态，第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT和第五IGBT以调制波频率工作在工频状态，当在调制波正半周期时，当第一IGBT开通时，输入直流电压加在电感线圈上，此时第二IGBT、第四IGBT导通，输入向电网回馈能量；当第一IGBT关断时，电感线圈的电流通过第二IGBT、电网、第四IGBT和二极管续流；当在调制波负半周期时，当第一IGBT开通时，输入直流电压加在电感线圈上，此时第五IGBT和第三IGBT导通，输入向电网回馈能量，当第一IGBT关断时，电感线圈的电流通过第五IGBT、电网、第三IGBT和二极管续流，电感线圈始终向一个方向励磁；当第二IGBT和第四IGBT以调制波的频率在正半周期导通，第三IGBT和第五IGBT在负半周期导通；当第二IGBT和第四IGBT以调制波的频率在负半周期导通，第三IGBT和第五IGBT在正半周期导通。
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