CN103269174A - 一种低共模电压的单相光伏并网逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低共模电压的单相光伏并网逆变器，由光伏阵列模块、六个同样的开关管、二个功率二极管、二个滤波电感组成。第一功率开关管漏极与光伏阵列模块正极相连，第一功率开关管源极与第一功率二极管阳极相连，第一功率二极管阴极与第三功率开关管漏极相连，第三功率开关管源极与光伏阵列模块负极相连；第二功率开关管漏极与光伏阵列模块正极相连，第四功率开关管源极与光伏阵列模块负极相连；第二功率二极管阴极与第一功率二极管阳极相连，第二滤波电感连接于电网负极端与开关管漏极。本发明有效抑制了共模漏电流,有利减小电流波动，提高整体转变效率，提高了并网逆变器系统的安全性，且本发明电路结构相对简单，易于实现。

Description

一种低共模电压的单相光伏并网逆变器
技术领域
本发明涉及一种应用半导体开关管和功率二极管的不可逆流性的直流功率输入变换为交流功率输出并可用于与电网并联的设备，尤其是一种低共模电压的单相光伏并网逆变器。
背景技术
众所周知，在追求低碳社会的今天，太阳能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。光伏并网发电这种即干净又不以污染环境为代价，这种新能源越来越受到人们的关注。未来10年，在各国新能源政策技持下，光伏发电市场将通过降低成本，提高转化效率等手段迅速扩张，各类光伏材料市场也将加快发展，其中欧洲，美国和亚对太地区将成为增长核心区。毫无疑问，光伏并网逆变器是整个并网型光伏系统能量转换与控制的核心，它能将太阳能电池所输出的直流电转换成符合并网要求的交流电，然后输入电网，同时实现最大功率跟踪（MPPT），充分利用能源。单相光伏并网发电系统主要由光伏阵列模块电池板，逆变器，滤波器和电网等组成；光伏逆变器是连接光伏阵列模块和电网的关键部件，用以实现控制光伏阵列模块运行于最大功率点和向电网注入正弦电流。目前市场上主要有三种基本的光伏逆变器：工频变压器型光伏逆变器，高频型光伏逆变器和无变压器光伏逆变器。与前两种相比，后者成本降低，体积缩小和重量减小，其效率可以相应的提高,但同时无隔离型光伏逆变器存在易产生漏电流等现象，不利于系统安全性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种光伏并网变器，此拓朴共模电压基本恒定,能有效抑制漏电流现象，同时此逆变器具有输出电流纹波小及较高的效率，克服了单相全桥逆变器中需功率开关管体内二极管参于续流问题，本拓朴工作于续流过程时，功率开关管体内二极管不参于续流工作，同时续流回路不经由光太阵列模块，使其得到有效保护。
本发明由光伏阵列模块、第一开关管至第六开关管六个同样的开关管、第一功率二极管至第二功率二极管、第一滤波电感、第二滤波电感组成；第一功率开关管漏极与光伏阵列模块正极相连，第一功率开关管源极与第一功率二极管阳极相连，第一功率二极管阴极与第三功率开关管漏极相连，第三功率开关管源极与光伏阵列模块负极相连；第二功率开关管漏极与光伏阵列模块正极相连，第二功率开关管源极与第四功率二极管阳极相连，第四功率二极管阴极与第四功率开关管漏极相连，第四功率开关管源极与光伏阵列模块负极相连；第二功率二极管阴极与第一功率二极管阳极相连，第二功率二极管与第五功率开关管源极相连，第五功率开关管漏极与第四功率二极管阴极相连；第三功率二极管阴极与第四功率阳极相连，第三功率二极管阳极与第六功率开关管源极相连，第六功率开关管漏极与第一功率二极管阳极相连；第一滤波电感连接于电网正极端与开关管源极之间；第二滤波电感连接于电网负极端与开关管漏极。
本发明采用SPWM控制技术，第一功率开关管和第二功率开关管工作于高频条件下；第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管、和第六功率开关管都工作于工频条件下。
本发明的调制方式有利降低开关损耗,同时此调制方式下共模电压基本保持不变,从而有效抑制了共模漏电流, 有利减小电流波动，此调制方式有效降低开关损耗，从而提高整体转变效率，提高了并网逆变器系统的安全性，且本发明电路结构相对简单，易于实现。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明工作状态一电流流向示意图；
图3为本发明工作状态二电流流向示意图；
图4为本发明工作状态三电流流向示意图；
图5为本发明工作状态四电流流向示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明。
本发明由光伏阵列模块、六个同样的开关管，四个相同的二极管，两个相同电感组成；即由光伏阵列模块PV、第一至第六功率开关管T1－T6、第一至第四二极管D1－D4、第一、第二滤波电感L1、L2构成。光伏阵列模块PV的极性上正下负，第一功率开关管T1漏极与光伏阵列模块PV正极相连，第一功率开关管T1源极与第一功率二极管D1阳极相连，第一功率二极管D1阴极与第三功率开关管T3漏极相连，第三功率开关管T3源极与光伏阵列模块PV负极相连；第二功率开关管T2漏极与光伏阵列模块PV正极相连，第二功率开关管T2源极与第四功率二极管D4阳极相连，第四功率二极管D4阴极与第四功率开关管T4漏极相连，第四功率开关管T4源极与光伏阵列模块PV负极相连；第二功率二极管D2阴极与第一功率二极管D1阳极相连，第二功率二极管D2与第五功率开关管T5源极相连，第五功率开关管T5漏极与第四功率二极管D4阴极相连；第三功率二极管D3阴极与第四功率D4阳极相连，第三功率二极管D3阳极与第六功率开关管T6源极相连，第六功率开关管T6漏极与第一功率二极管D1阳极相连；第一滤波电感L1连接于电网正极端与开关管T1源极之间；第二滤波电感L2连接于电网负极端与开关管T4漏极。
本发明的一种光伏并网逆变器的突出特点是：
1、第五功率开关管T5源极与第二功率二极管D2阳极相连，T5漏极与第四开关管漏极相连，第二功率二极管D2阴极与第一功率开关管T1源极相连,T1源极与第一滤波电感L1，电网AC，第二滤波电感L2和第四功率二极管D4共同组成电网正半周期续流回路。
2、第六功率开关管T6源极与第三功率二极管D3阳极相连，其漏极与第三开关管漏极相连，第三功率二极管D3阴极与第二功率开关管T2源极相连, 第二功率开关管T2源极与第一滤波电感L1，电网AC，第二滤波电感L2和第一功率二极管D1共同组成电网负半周期续流回路。
3、由图1连接方式可得，在电网电压正半周期时，第一功率开关管T1与第四、第五功率开关管T4、T5同管导通时，其输入共模电压为                                                
Figure 2012105248377100002DEST_PATH_IMAGE001
/2(
Figure 614268DEST_PATH_IMAGE001
为电池板电压),当第一功率开关管T1关断，第四、第五功率开关管T4、T5工作于工频条件下,所以此管仍处于导通状态;电流流经
Figure 623288DEST_PATH_IMAGE002
续流回路, 第四功率开关管T4无电流,所以此时输入共模电压为
Figure 292166DEST_PATH_IMAGE001
/2；为功率开关管T2与功率开关管T3,T6同时开通时，其输入共模电压为
Figure 285530DEST_PATH_IMAGE001
/2;当功率开关管T2关断，功率开关管T3,T6工作于工频条件下,仍处于导通状态,电流流经
Figure 2012105248377100002DEST_PATH_IMAGE003
续流回路, 功率开关管T3无电流,此时输入共模电压为
Figure 102176DEST_PATH_IMAGE001
/2。因此在此调制方式下,本发明光伏并网逆变器为共模电压恒定,有效抑制共模电流,有利于提高系统的安生性。
     此拓朴逆变器为有效抑制共模漏电流,采用双电感滤波器方式,有利减小电流波动，此调制方式有效降低开关损耗，从而提高整体转变效率。
基于主拓朴回路中损耗分析的基础上为有效降低开关损耗，其光伏逆变器中第一功率开关管T1和第二功率开关管T2分别工作于SPWM控制方式的高频条件工作，第三，第四，第五和第六功率开关管都工作于工频模式。
具体工作模式如下图所示。
1．  如图2所示，当工作电网正半周期时，第四功率开关管开通，工作于工频模式，此时第一功率开关管工作于SPWM控制高频模式，电流方向如图2所示。
2．如图3所示，当工作于电网正半周期，当第一功率开关管T1关断, 第四功率开关管T4和第五功率开关管T5工作于工频条件下仍处于导通状态，由于电感电流不可突变，所以电流经
Figure 839188DEST_PATH_IMAGE002
续流回路,使其输入共模电压恒定,有效抑制共模电流。电流方向如图3所示。
3．如图4所示，当工作电网负半周期时，第二功率开关管T2开通，工作于工频模式，此时第三功率开关管T3工作于SPWM控制高频模式，电流方向如图4所示。
4．如图5所示，当工作于电网负半周期，第二功率开关管T2关断时，第三功率开关管T3与第五功率开关管T5工作于工频条件下仍处于导通状态，由于电感电流不可突变，所以电流经
Figure 175623DEST_PATH_IMAGE003
续流回路,使其输入共模电压恒定,有效抑制共模电流。电流方向如图5所示。

Claims (2)

1.一种低共模电压的单相光伏并网逆变器，其特征在于：由光伏阵列模块、第一开关管至第六开关管六个同样的开关管、第一功率二极管至第二功率二极管、第一滤波电感、第二滤波电感组成；第一功率开关管漏极与光伏阵列模块正极相连，第一功率开关管源极与第一功率二极管阳极相连，第一功率二极管阴极与第三功率开关管漏极相连，第三功率开关管源极与光伏阵列模块负极相连；第二功率开关管漏极与光伏阵列模块正极相连，第二功率开关管源极与第四功率二极管阳极相连，第四功率二极管阴极与第四功率开关管漏极相连，第四功率开关管源极与光伏阵列模块负极相连；第二功率二极管阴极与第一功率二极管阳极相连，第二功率二极管与第五功率开关管源极相连，第五功率开关管漏极与第四功率二极管阴极相连；第三功率二极管阴极与第四功率阳极相连，第三功率二极管阳极与第六功率开关管源极相连，第六功率开关管漏极与第一功率二极管阳极相连；第一滤波电感连接于电网正极端与开关管源极之间；第二滤波电感连接于电网负极端与开关管漏极。
2.如权利要求1所述的低共模电压的单相光伏并网逆变器，其特征在于：采用SPWM控制技术，第一功率开关管和第二功率开关管工作于高频条件下；第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管、和第六功率开关管都工作于工频条件下。
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