CN103795085A

CN103795085A - 一种光伏并网逆变器

Info

Publication number: CN103795085A
Application number: CN201410074555.0A
Authority: CN
Inventors: 杨勇; 朱彬彬; 谢门喜; 陶雪慧
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2014-05-14

Abstract

本发明公开提供了一种光伏并网逆变器。该光伏并网逆变器包括四个开光管，其中两个开关管为高频开关管，两个开光管为低频开光管，并且在电网电压正半周期和负半周期内均只有一个高频开关管开通，降低了开光管的损耗，提高了电能的转换效率。同时，该光伏并网逆变器的拓扑结构使得光伏阵列和地之间存在的寄生电容的共模电压保持不变，从而消除了共模电流，减少了安全隐患。

Description

一种光伏并网逆变器

技术领域

本发明涉及光伏发电领域，更具体的说是涉及一种光伏并网逆变器。

背景技术

在能源的日益枯竭的情况相爱，开发和利用可再生能源越来越受到人们的重视。在众多可再生能源中，太阳能光伏发电被认为是当前世界上最有发展前景的新能源技术。光伏逆变器作为光伏发电中的重要组成部分，主要用于将光伏阵列输出的直流电转为交流电。

现有的光伏逆变器主要包括隔离型并网逆变器和无隔离型并网逆变器。其中，隔离型并网逆变器主要通过隔离变压器将直流侧和交流侧进行电气隔离，电能转换效率低。非隔离型并网逆变器虽然通过省略隔离变压器来提高电能转换效率，但是由于光伏阵列和地之间存在寄生电容，寄生电容上共模电压的变化汇总寄生电容上产生共模电流（漏电流），从而使光伏并网逆变器存在安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种光伏并网逆变器，以在保证电能转换效率的同时，消除共模电流，减少安全隐患。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光伏并网逆变器，包括：光伏阵列、两个高频开关管、两个低频开关管、两个电容、两个二极管、两个电感、电网以及控制所述高频开关管和所述低频开关管开通或关闭的控制电路；

其中，电容C1的正极与所述光伏阵列的输出端的正极节点相连，负极与所述光伏阵列的输出端的负极节点相连；

高频开关管S1、电感L2和低频开关管S2串联，且所述高频开关管S1的正极与所述光伏阵列的输出端的正极节点相连，所述低频开关管S2的负极与所述光伏阵列的输出端的负极节点相连；

高频开关管S3、电感L1和低频开关管S4串联，且所述高频开关管S3的正极与所述光伏阵列的输出端的正极节点相连，所述低频开关管S4的负极与所述光伏阵列的输出端的负极节点相连；

二极管D2的负极与所述电感L2的电流输入端相连，正极与所述低频开关管S2的负极相连；

二极管D1的负极与所述电感L1的电流输入端相连，正极与所述低频开关管S4的负极相连；

电容C2的一个接线端与所述高频开关管S1的负极相连，另一个接线端与所述电感L1的电流输入端相连；

所述电网的两个接线端分别与所述电容C2的两个接线端相连；

当电网电压正半周期内，所述控制电路用于控制所述低频开关管S4一直开通，所述低频开关管S2和所述高频开关管S3一直关闭，并对所述高频开关管S1采用PWM调制；

当电网电压负半周期内，所述控制电路用于控制所述低频开关管S2一直开通，所述高频开关管S1和所述低频开关管S4一直关闭，并对所述高频开关管S3采用PWM调制。

优选的，还包括：连接于所述第二电容和所述电网之间的继电器。

优选的，所述控制电路以TMS320F2808芯片为核心。

优选的，还包括：采集所述光伏阵列输出电压、所述电网电压、所述光伏阵列输出电流和所述光伏并网逆变器输出电流信号采集电路；

与所述信号采集电路相连，将所述信号采集电路采集到的电压和电流转换为所述控制电路可识别的控制信号的信号转换电路；

优选的，所述信号采集电路包括：

采集所述光伏阵列输出电压和所述电网电压差分电路；

采集所述光伏阵列输出电流和所述光伏并网逆变器输出电流的电流传感器。

优选的，所述电流传感器采用VAC电流传感器。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种光伏并网逆变器。该光伏并网逆变器包括四个开光管，其中两个开关管为高频开关管，两个开光管为低频开光管，并且在电网电压正半周期和负半周期内均只有一个高频开关管开通，降低了开光管的损耗，提高了电能的转换效率。同时，该光伏并网逆变器的拓扑结构使得光伏阵列和地之间存在的寄生电容的共模电压保持不变，从而消除了共模电流，减少了安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1示出了本发明一种光伏并网逆变器的拓扑结构示意图；

图2示出了控制电路对光伏并网逆变器的PWM调节模式示意图；

图3示出了电网电压正半周期高频开光管S1开通时的电流流向图；

图4示出了电网电压正半周期高频开关管S1闭合时的电流流向图；

图5示出了电网电压负半周期高频开光管S3开通时的电流流向图；

图6示出了电网电压符半周期高频开关管S3闭合时的电流流向图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1示出了本发明一种光伏并网逆变器的拓扑结构示意图。

由图1可知，该光伏并网逆变器的拓扑结构包括：光伏阵列PV、两个高频开关管（S1和S3）、两个低频开关管（S2和S4）、两个电容(L1和L2)、两个二极管（D1和D2）、两个电感（L1和L2）以及电网。

其中，电容C1的正极与光伏阵列PV的输出端的正极节点相连，负极与光伏阵列PV的输出端的负极节点相连。

高频开关管S1、电感L2和低频开关管S2串联，且高频开关管S1的正极与光伏阵列PV的输出端的正极节点相连，低频开关管S2的负极与光伏阵列PV的输出端的负极节点相连。

高频开关管S3、电感L1和低频开关管S4串联，且所述高频开关管S3的正极与所述光伏阵列的输出端的正极节点相连，所述低频开关管S4的负极与所述光伏阵列的输出端的负极节点相连。

二极管D2的负极与所述电感L2的电流输入端相连，正极与所述低频开关管S2的负极相连。

二极管D1的负极与所述电感L1的电流输入端相连，正极与所述低频开关管S4的负极相连。

电容C2的一个接线端与所述高频开关管S1的负极相连，另一个接线端与所述电感L1的电流输入端相连。

所述电网的两个接线端分别与所述电容C2的两个接线端相连。

需要说明的是，在实际应用中该光伏并网逆变器还包括控制高频开关管和低频开关管开通或关闭的控制电路（图中未画出）。

其工作原理如下：

当电网电压正半周期内，该控制电路控制低频开关管S4一直开通，低频开关管S2和高频开关管S3一直关闭，并对高频开关管S1采用PWM调制。

参见图2～图6，图2示出了控制电路对光伏并网逆变器的PWM调节模式示意图，图3示出了电网电压正半周期高频开光管S1开通时的电流流向图，图4示出了电网电压正半周期高频开关管S1闭合时的电流流向图，图5示出了电网电压负半周期高频开光管S3开通时的电流流向图，图6示出了电网电压符半周期高频开关管S3闭合时的电流流向图。

在电网电压正半周期高频开关管S1开通时，光伏并网逆变器的电流回路为：高频开关管S1～电网～电感L2～低频开关管S4～电容C1；

在电网电压正半周期高频开关管S1关断时，此时的光伏并网逆变器的电流回路为：低频开关管S4～二极管D2～电网～电感～L1；

在电网电压负半周期高频开关管S3开通时，光伏并网逆变器的电流回路为：高频开光管S3～电网～电感L2～低频开关管S2～电容C1;

在电网电压负半周期高频开关管S3关断时，光伏并网逆变器的电流回路为：低频开关管S2～二极管D2～电网～电感L2。

需要说明的是，在实际的应用中为了实现光伏并网逆变器对电网的供电控制，在本发明的其他实施例中还包括：设置在电容C2和电网之间的继电器，本领域的技术人员可通过控制该继电器触点的开通或闭合实现光伏并网逆变器与电网的通断。

可选的，在本发明的其他实施例中，控制电路以TMS320F2808芯片为核心，通过控制H桥和续流回路使光伏逆变器输出电流与电网电压同相位，同时实现光伏阵列最大功率输出和抑制漏电流，提高整个光伏系统的转换效率。

本发明采用两个差分电路分别采集光伏阵列输出电压和电网电压，同时采用两个VAC电流传感器分别采集光伏阵列的输出电流和光伏并网逆变器输出电流，所有这些采集到的信号经过信号转换电路转换为TMS320F2808芯片的AD采用口可识别的信号，比如调理成0—3V之间的电压信号，将此电压信号输入TMS320F2808芯片为核心的AD采样口，并根据预先设置的控制策略输出相应的PWM脉冲。本发明采用锁相环PLL技术获取电网控制的角度信息，从而实现对光伏并网逆变器的PWM调制。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种光伏并网逆变器，其特征在于，包括：光伏阵列、两个高频开关管、两个低频开关管、两个电容、两个二极管、两个电感、电网以及控制所述高频开关管和所述低频开关管开通或关闭的控制电路；

2.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器，其特征在于，还包括：连接于所述第二电容和所述电网之间的继电器。

3.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器，其特征在于，所述控制电路以TMS320F2808芯片为核心。

4.根据权利要求3所述的光伏并网逆变器，其特征在于，还包括：采集所述光伏阵列输出电压、所述电网电压、所述光伏阵列输出电流和所述光伏并网逆变器输出电流信号采集电路；

与所述信号采集电路相连，将所述信号采集电路采集到的电压和电流转换为所述控制电路可识别的控制信号的信号转换电路。

5.根据权利要求4所述的光伏并网逆变器，其特征在于，所述信号采集电路包括：

采集所述光伏阵列输出电压和所述电网电压差分电路；

6.根据权利要求5所述的光伏并网逆变器，其特征在于，所述电流传感器采用VAC电流传感器。