CN104682762B - 一种低漏电流并网逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低漏电流并网逆变器，包括六个开关管T1～T6，一个滤波电感L，其中T1、T4构成一个双向开关，使电网两端通过开关管T1、T4与直流电源的阳极相连，T3、T5、T2的反并联二极管和L构成一个电流输出型Buck变换器，提供正半波的并网电流，T2、T6、T5的反并联二极管和L构成另一个电流输出型Buck变换器，提供负半波的并网电流，直流电源的阴极和开关管T3、T6的发射极相连，开关管的开关动作由相应的控制电路控制，其中第三、六开关管由高频信号驱动。本发明可有效抑制逆变器的对地漏电流，具有效率高、调制方法简单的优点，适用于无变压器型光伏并网逆变器等对漏电流大小限制较严格的逆变电源系统。

Description

一种低漏电流并网逆变器
技术领域
本发明涉及直流－交流逆变技术领域，具体涉及一种单相并网逆变器。
背景技术
随着世界各国对新能源开发和应用的重视，光伏等新能源技术得到了广泛的研究和应用。在光伏发电系统中，一般通过并网逆变器将光伏阵列发出的直流电能逆变为交流电能供给负载或者并入电网。并网逆变器可分为有变压器和无变压器并网逆变器。有变压器并网逆变器中工频变压器的存在大大增加了并网逆变器的体积和重量，不适合于中小功率场合应用；无变压器并网逆变器由于取消了隔离变压器，可以提高逆变系统的效率和功率密度。但是，无变压器并网逆变器由于电网的零线与光伏阵列存在直接的电气连接，而光伏阵列存在较大的对地分布电容，这些对地分布电容、逆变桥和滤波元件通过电网与大地构成共模谐振回路，变化的共模电压将在共模谐振回路中激励出较大的共模电流即对地漏电流，增加了系统损耗，降低了设备的安全性。
为了抑制并网逆变系统中的对地漏电流，常用的方法是在共模谐振回路中加入共模滤波器，但是共模滤波器会增加了设备的体积和重量。专利CN203151392公开了一种逆变器拓扑结构，该拓扑结构采用两个滤波电感，第一、二受控开关并联连接，可以抑制系统中的漏电流。但该拓扑结构有4个开关由高频信号驱动，在电网正负半波中分别有2个开关管以SPWM控制方法控制开关，开关损耗大，同时包含两个滤波电感，体积大，成本高。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种低漏电流并网逆变器，适用于无变压器型光伏并网逆变器等对漏电流大小限制较严格的逆变电源系统。在无变压器型并网逆变器并网光伏逆变器中，低漏电流尚无国家标准，欧州现行标准是低漏电流峰值应小于300mA。
本发明提出一种低漏电流并网逆变器，包括六个开关管，其特征在于，第一、二、三开关管(T1、T2、T3)依次按照发射极连接集电极的方式串接，第四、五、六开关管(T4、T5、T6)按照发射极连接集电极的方式串接；第一开关管(T1)的集电极与第四开关管(T4)的集电极相连，第三开关管(T3)的发射极和第六开关管(T6)的发射极相连；电网的一端连接第一、二开关管(T1、T2)的相接点，电网的另一端连接第四、五开关管(T4、T5)的相接点；直流电源的阳极连接第一、四开关管(T1、T4)的相接点，直流电源的阴极连接第三、六开关管(T3、T6)的相接点；滤波电感L的一端连接第二、三开关管(T2、T3)的相接点，滤波电感L的另一端连接第五、六开关管(T5、T6)的相接点；所述的开关管的开关动作由相应的控制电路控制，其中第三、六开关管由高频信号驱动，其它开关管由工频信号驱动。
本申请所述的高频信号，是指频率在5-40kHz的SPWM(Sinusoidal Pulse WidthModulation正弦脉冲宽度调制)控制信号。
上述的开关管工作过程为：电网电压为正半周时，第一、五开关管导通，第二、四、六开关管关断，控制电路以高频SPWM控制方法控制第三开关管动作；电网电压为负半周时，第二、四开关管导通，第一、三、五开关管关断，控制电路以高频SPWM控制方法控制第六开关管动作。
本申请所述的开关管，可以是IGBT或MOSFET中的一种或几种的组合。
本发明提供了一种能有效抑制对地漏电流的并网逆变器，与常规的在并网逆变器输出和电网之间加共模滤波抑制漏电电流的方法相比具有以下优点：
1、漏电流的激励源的频率与电网频率相同(工频)，系统漏电流较低，适合于无变压器型光伏并网逆变器等对漏电流限制较严格的逆变电源系统；
2、只有两个开关管由高频信号驱动，其余开关管工作由工频信号驱动，系统开关损耗低、效率高；
3、只需要一个滤波电感，减小系统的体积和重量，系统简单、成本低。
附图说明
图1为本发明的并网逆变器拓扑结构示意图；
图2为本发明的并网逆变器的调制方法示意图；
图3为本发明的并网逆变器正半周有源开通时示意图；
图4为本发明的并网逆变器正半周无源续流时示意图；
图5为本发明的并网逆变器负半周有源开通时示意图；
图6为本发明的并网逆变器负半周无源续流时示意图。
其中，T1～T6是开关管，L是电感。
具体实施方式
图1为本发明提供的具有低漏电流特性的并网逆变器，包括六个开关管T1～T6，一个滤波电感L，其中T1，T4构成一个双向开关，使电网两端通过开关管T1、T4与直流电源的阳极相连，T3、T5、T2的反并联二极管和L构成一个电流输出型Buck变换器，提供正半波的并网电流；T2、T6、T5的反并联二极管和L构成另一个电流输出型Buck变换器，提供负半波的并网电流。本申请所述的并网逆变器桥臂输出直接接入电网，逆变器的输入为电压为Vb的直流电压，直流电压的额定电压必须高于电网电压的峰值。
本申请所述的并网逆变器高频开关频率可综合考虑系统容量、开关管参数和散热等因素合理选取，一般适用的频率范围为：5kHz～40kHz，本实施例选用的高频开关频率为16kHz，其调制方法的示意图2。图中Vr为正弦参考信号，Vc为三角载波信号，Vspwm为Vr的绝对值与Vc比较形成的SPWM信号，Vdir为Vr的方向信号，正弦参考信号处于正半波时Vdir为高电平，正弦参考信号处于负半波时Vdir为低电平。T1和T5的驱动信号相同与Vdir同相，T2和T4的驱动信号相同与Vdir反相，T3的驱动信号由Vspwm和Vdir经过逻辑与运算形成，T6的驱动信号由Vspwm和Vdir的逻辑非信号经过逻辑与运算形成。
根据上述驱动方式，具有低漏电流特性的新型并网逆变拓扑在工作过程可以分为两种：
当电网处于正半周期，T1、T5导通，T2、T4、T6关断，T3以SPWM控制方法控制开关。在T3有源开通时，如图3所示，电流按图3中箭头示意方向沿虚线流动，由直流电源的正极流出，经过T1、电网、T5、电感L、T3，流回直流电源的负极。无源续流时，如图4所示，T3关断，电感L中电流按图4中箭头示意的方向沿虚线，经过T2体二极管、T5续流。
当电网处于负半周期，T2、T4导通，T1、T5、T3关断，T6以SPWM控制方法控制开关。在T6有源开通时，如图5所示，电流按图5中箭头示意方向沿虚线流动，由直流电源的正极流出，经过T4、电网、T2、电感L、T6，流回直流电源的负极。无源续流时，如图6所示，T6关断，电感L中电流按图6中箭头示意的方向沿虚线，经T5体二极管、T2续流。
本发明提供的并网逆变器的漏电流激励源为一个周期与电网周期相同的电压源("激励源"是一种通俗的说法，就是激励漏电流产生的源)，由于光伏阵列的对地电容通常较小，当漏电流激励源的频率很低时，可以获得低漏电流特性，因此采用这种方式构造的并网逆变拓扑系统漏电流较低。
本发明的实施例，其中的开关管采用IGBT；也可采用MOSFET。

Claims (2)

1.一种低漏电流并网逆变器，包括六个开关管，其特征在于，第一、二、三开关管(T1、T2、T3)依次按照发射极连接集电极的方式串接，第四、五、六开关管(T4、T5、T6)按照发射极连接集电极的方式串接；第一开关管(T1)的集电极与第四开关管(T4)的集电极相连，第三开关管(T3)的发射极和第六开关管(T6)的发射极相连；电网的一端连接第一、二开关管(T1、T2)的相接点，电网的另一端连接第四、五开关管(T4、T5)的相接点；直流电源的阳极连接第一、四开关管(T1、T4)的相接点，直流电源的阴极连接第三、六开关管(T3、T6)的相接点；滤波电感L的一端连接第二、三开关管(T2、T3)的相接点，滤波电感L的另一端连接第五、六开关管(T5、T6)的相接点；所述的开关管的开关动作由相应的控制电路控制，其中第三、六开关管由高频信号驱动，其它开关管由工频信号驱动。
2.根据权利要求1所述的逆变器，其中的开关管可以是IGBT或MOSFET。
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