CN103312205A - 一种无变压器型单相并网逆变器的控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种无变压器型单相并网逆变器的控制方法，为了解决现有的单相并网逆变器在电路拓扑及其控制方法选择不当时会导致输出端的共模电压之和变化较大，进而导致输出共模电流过大的技术问题，采用的技术方案是在市电电压为正半周时，第五开关器件始终导通，第一开关器件和第四开关器件的工作状态相同，高频开通和关断，第六开关器件始终关断；在市电电压为负半周时，第六开关器件始终导通，第三开关器件和第二开关器件的工作状态相同，高频开通和关断，第五开关器件始终关断。技术效果是无变压器型单相并网逆变器输出端的共模电压之和恒定，在保证输出共模电流很小的同时，使得单相并网逆变器达到较高的转换效率，既消除了安全隐患，又降低了损耗。
Description
技术领域
本发明属于发电设备控制方法技术领域，涉及到一种逆变器的控制方法，特别是一种无变压器型单相并网逆变器的控制方法。
背景技术
逆变器尤其是并网逆变器一般分为光伏并网逆变器、风力发电并网逆变器、动力设备并网逆变器和其他发电设备并网逆变器，用来实现直流电能到交流电能的高效转换，现在单相并网逆变器成为市场的主流，其中以无变压器型单相并网逆变器为主。但是无变压器型单相并网逆变器如果电路拓扑及其控制方法选择不当则会使输出端的共模电压之和变化较大，不能保持为一个常量，从而引起输出共模电流过大，存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的单相并网逆变器在电路拓扑及其控制方法选择不当时会导致输出端的共模电压之和变化较大，进而导致输出共模电流过大的技术问题，为了解决这个问题，本发明提出了一种单相并网逆变器的电路拓扑及其控制方法，使得单相并网逆变器输出端的共模电压之和恒定，在保证输出共模电流很小的同时，使得单相并网逆变器达到较高的转换效率。本发明既消除了安全隐患，又降低了单相并网逆变器的损耗，提高了单相并网逆变器的性能。
本发明为实现发明目的所采用的具体技术方案是：一种无变压器型单相并网逆变器的控制方法，无变压器型单相并网逆变器包括直流电源、逆变模块、以及输出模块，关键是：所述的逆变模块包括分别连接在直流电源正负极之间的第一桥臂和第二桥臂，以及续流支路，续流支路包括第五开关器件、第六开关器件、串联连接并反向并联于第五开关器件两端的第七二极管和第八二极管、串联连接并反向并联于第六开关器件两端的第九二极管和第十二极管，第七二极管的负极与第九二极管的负极连接，
第一桥臂包括串联连接在直流电源正负极之间的第一开关器件和第二开关器件，第一开关器件的正向输出端与第五开关器件的正向输出端连接；
第二桥臂包括串联连接在直流电源正负极之间的第三开关器件和第四开关器件，第三开关器件的正向输出端与第六开关器件的正向输出端连接；
输出模块包括第一电感、第二电感和第二滤波电容，第一电感的第一端连接于第一桥臂的中点，第二电感的第一端连接于第二桥臂的中点，第一电感的第二端以及第二电感的第二端分别连接于交流负载或市电的两端，第二滤波电容也连接于交流负载或市电的两端，
在此基础上，无变压器型单相并网逆变器的控制方法包括：
在市电电压为正半周时，第五开关器件始终导通，第一开关器件和第四开关器件的工作状态相同，高频开通和关断，第六开关器件始终关断；
在市电电压为负半周时，第六开关器件始终导通，第三开关器件和第二开关器件的工作状态相同，高频开通和关断，第五开关器件始终关断。
本发明的有益效果是：无变压器型单相并网逆变器输出端的共模电压之和恒定，消除了安全隐患，在保证输出共模电流很小的同时，使得无变压器型单相并网逆变器达到较高的转换效率。续流回路的第五开关器件和第六开关器件都不在能量传输到电网的回路上，减少了开关器件的导通损耗，虽然在续流回路上增加了两个二极管的导通损耗，但是这两个二极管可以提供一种不一样的续流回路，尤其是可以规避国外专利中效率非常高的“Haric拓扑”，另外，在输出功率较大时，输出占空比很大，尤其在电流的峰值和谷值时，占空比超过90％，此时续流时间很短，所以在输出功率较大时，增加的二极管的导通损耗占比很小，所以该电路拓扑在输出功率较大时，仍然能使无变压器型单相并网逆变器的转换效率得到很大提升。
附图说明
图1为本发明中无变压器型单相并网逆变器的电路原理示意图。
图2为本发明中无变压器型单相并网逆变器在市电正半周期时，高频开关器件开通时的电流回路示意图。
图3为本发明中无变压器型单相并网逆变器在市电正半周期时，高频开关器件关断时的电流回路示意图。
图4为本发明中无变压器型单相并网逆变器在市电负半周期时，高频开关器件开通时的电流回路示意图。
图5为本发明中无变压器型单相并网逆变器在市电负半周期时，高频开关器件关断时的电流回路示意图。
附图中，Vdc代表直流电源，D1代表第一二极管，D2代表第二二极管，D3代表第三二极管，D4代表第四二极管，D5代表第五二极管，D6代表第六二极管，D7代表第七二极管，D8代表第八二极管，D9代表第九二极管，D10代表第十二极管，S1代表第一开关器件，S2代表第二开关器件，S3代表第三开关器件，S4代表第四开关器件，S5代表第五开关器件，S6代表第六开关器件，L1代表第一电感，L2代表第二电感，C1代表第一滤波电容，C2代表第二滤波电容。
具体实施方式
一种无变压器型单相并网逆变器的控制方法，无变压器型单相并网逆变器包括直流电源Vdc、逆变模块、以及输出模块，关键是：所述的逆变模块包括分别连接在直流电源Vdc正负极之间的第一桥臂和第二桥臂，以及续流支路，续流支路包括第五开关器件S5、第六开关器件S6、串联连接并反向并联于第五开关器件S5两端的第七二极管D7和第八二极管D8、串联连接并反向并联于第六开关器件S6两端的第九二极管D9和第十二极管D10，第七二极管D7的负极与第九二极管D9的负极连接，
第一桥臂包括串联连接在直流电源Vdc正负极之间的第一开关器件S1和第二开关器件S2，第一开关器件S1的正向输出端与第五开关器件S5的正向输出端连接；
第二桥臂包括串联连接在直流电源Vdc正负极之间的第三开关器件S3和第四开关器件S4，第三开关器件S3的正向输出端与第六开关器件S6的正向输出端连接；
输出模块包括第一电感L1、第二电感L2和第二滤波电容C2，第一电感L1的第一端连接于第一桥臂的中点，第二电感L2的第一端连接于第二桥臂的中点，第一电感L1的第二端以及第二电感L2的第二端分别连接于交流负载或市电的两端，第二滤波电容C2也连接于交流负载或市电的两端，
在此基础上，无变压器型单相并网逆变器的控制方法包括：
在市电电压为正半周时，第五开关器件S5始终导通，第一开关器件S1和第四开关器件S4的工作状态相同，高频开通和关断，第六开关器件S6始终关断；
在市电电压为负半周时，第六开关器件S6始终导通，第三开关器件S3和第二开关器件S2的工作状态相同，高频开通和关断，第五开关器件S5始终关断。
所述的第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4、第五开关器件S5、第六开关器件S6的两端均反向并联有二极管。
所述的无变压器型单相并网逆变器还包括连接在直流电源Vdc正负极之间的第一滤波电容C1。
所述的六个开关器件为绝缘栅双极型晶体管IGBT，或为金属-氧化层-半导体-场效晶体管MOSFET。
在市电电压为正半周时，所述的第一开关器件S1和第四开关器件S4的驱动信号为高频信号，第五开关器件S5和第六开关器件S6的驱动信号为工频信号。
在市电电压为负半周时，所述的第三开关器件S3和第二开关器件S2的驱动信号为高频信号，第五开关器件S5和第六开关器件S6的驱动信号为工频信号。
本发明的工作原理是：在市电电压为正半周时，第一开关器件S1和第四开关器件S4的驱动信号相同，都为高频信号，第五开关器件S5和第六开关器件S6的驱动信号相同，都为工频信号，第五开关器件S5始终导通、第六开关器件S6始终关断。当高频开关器件开通时，电流从直流电源Vdc的正极开始，流经第一开关器件S1、第一电感L1、交流负载或市电、第二电感L2、第四开关器件S4，流回到直流电源Vdc的负极，如图2所示。当高频开关器件关断时，电感电流则流经第一电感L1、交流负载或市电、第二电感L2、第九二极管D9、第八二极管D8、第五开关器件S5，如图3所示。
在市电电压为负半周时，第三开关器件S3和第二开关器件S2的驱动信号相同，都为高频信号，第五开关器件S5和第六开关器件S6的驱动信号相同，都为工频信号，第五开关器件S5始终关断、第六开关器件S6始终开通。当高频开关器件开通时，电流从直流电源Vdc的正极开始，流经第三开关器件S3、第二电感L2、交流负载或市电、第一电感L1、第二开关器件S2，流回到直流电源Vdc的负极，如图4所示。当高频开关器件关断时，电感电流则流经第二电感L2、交流负载或市电、第一电感L1、第七二极管D7、第十二极管D10、第六开关器件S6，如图5所示。
这种控制方法使得无变压器型单相并网逆变器输出端的共模电压之和恒定，在保证输出共模电流很小的同时，使得无变压器型单相并网逆变器达到较高的转换效率。
Claims (6)
1.一种无变压器型单相并网逆变器的控制方法，无变压器型单相并网逆变器包括直流电源(Vdc)、逆变模块、以及输出模块，其特征在于：所述的逆变模块包括分别连接在直流电源(Vdc)正负极之间的第一桥臂和第二桥臂，以及续流支路，续流支路包括第五开关器件(S5)、第六开关器件(S6)、串联连接并反向并联于第五开关器件(S5)两端的第七二极管(D7)和第八二极管(D8)、串联连接并反向并联于第六开关器件(S6)两端的第九二极管(D9)和第十二极管(D10)，第七二极管(D7)的负极与第九二极管(D9)的负极连接，
第一桥臂包括串联连接在直流电源(Vdc)正负极之间的第一开关器件(S1)和第二开关器件(S2)，第一开关器件(S1)的正向输出端与第五开关器件(S5)的正向输出端连接；
第二桥臂包括串联连接在直流电源(Vdc)正负极之间的第三开关器件(S3)和第四开关器件(S4)，第三开关器件(S3)的正向输出端与第六开关器件(S6)的正向输出端连接；
输出模块包括第一电感(L1)、第二电感(L2)和第二滤波电容(C2)，第一电感(L1)的第一端连接于第一桥臂的中点，第二电感(L2)的第一端连接于第二桥臂的中点，第一电感(L1)的第二端以及第二电感(L2)的第二端分别连接于交流负载或市电的两端，第二滤波电容(C2)也连接于交流负载或市电的两端，
在此基础上，无变压器型单相并网逆变器的控制方法包括：
在市电电压为正半周时，第五开关器件(S5)始终导通，第一开关器件(S1)和第四开关器件(S4)的工作状态相同，高频开通和关断，第六开关器件(S6)始终关断；
在市电电压为负半周时，第六开关器件(S6)始终导通，第三开关器件(S3)和第二开关器件(S2)的工作状态相同，高频开通和关断，第五开关器件(S5)始终关断。
2.根据权利要求1所述的一种无变压器型单相并网逆变器的控制方法，其特征在于：所述的第一开关器件(S1)、第二开关器件(S2)、第三开关器件(S3)、第四开关器件(S4)、第五开关器件(S5)、第六开关器件(S6)的两端均反向并联有二极管。
3.根据权利要求1所述的一种无变压器型单相并网逆变器的控制方法，其特征在于：所述的无变压器型单相并网逆变器还包括连接在直流电源(Vdc)正负极之间的第一滤波电容(C1)。
4.根据权利要求1所述的一种无变压器型单相并网逆变器的控制方法，其特征在于：所述的六个开关器件为绝缘栅双极型晶体管IGBT，或为金属-氧化层-半导体-场效晶体管MOSFET。
5.根据权利要求1所述的一种无变压器型单相并网逆变器的控制方法，其特征在于：在市电电压为正半周时，所述的第一开关器件(S1)和第四开关器件(S4)的驱动信号为高频信号，第五开关器件(S5)和第六开关器件(S6)的驱动信号为工频信号。
6.根据权利要求1所述的一种无变压器型单相并网逆变器的控制方法，其特征在于：在市电电压为负半周时，所述的第三开关器件(S3)和第二开关器件(S2)的驱动信号为高频信号，第五开关器件(S5)和第六开关器件(S6)的驱动信号为工频信号。
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