CN105262361B - 一种两级式非隔离光伏并网逆变器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种两级式非隔离光伏并网逆变器，包括第一直流母线电容、第二直流母线电容、直流功率变换电路、全桥功率变换电路；所述第一直流母线电容依次连接光伏组件串和直流功率变换电路的输入端，所述第二直流母线电容连接直流功率变换电路的输出端，所述第一直流母线电容与第二直流母线电容串联后连接全桥功率变换电路的输入端，全桥功率变换电路输出端外接电网，同时也公开了其控制方法。本发明降低了直流母线电容电压应力；仅有部分功率经过直流功率变换电路，功率变换级数少、功率损耗小；采用双降压式拓扑，不存在桥臂直通隐患，可靠性高；由独立二极管续流，功率开关管可采用MOSFET，有利于提高并网逆变器的变换效率。

Description

一种两级式非隔离光伏并网逆变器及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种两级式非隔离光伏并网逆变器及其控制方法，属于电力电子变换器技术领域。
背景技术
随着能源危机和环境污染问题日益严重，太阳能、风能、燃料电池等新能源发电技术成为世界各国关注和研究的热点。新能源发电系统按照是否与公共电网相连，分为并网运行和独立运行两种方式。其中，并网运行是新能源发电应用最普遍的方式，而并网逆变器作为新能源并网系统中的关键部件，提高其变换效率具有重要意义。
传统的两级式光伏并网逆变器，光伏组件串输出的功率需要全部经过直流变换器升压，再经并网逆变器送入电网。因此，光伏组件串输出的所有功率均需经过两级变换。针对上述问题，中国发明专利“CN104638971”提出在光伏组件串输出端引入直流旁路支路，当光伏组件串输出电压大于电网电压绝对值的瞬时值时，光伏组件串的输出功率通过直流旁路支路和并网逆变器送入电网，减小了功率变换级数。但是，该方法需要两个母线电容支路，且第二母线电容耐压需大于电网电压的峰值。另一方面，该方案中的并网逆变器拓扑为传统桥式逆变器，故采用单极性SPWM调制时，存在漏电流的问题。
因此，有必要研究一种低母线电容电压应力、低漏电流的光伏并网逆变器及其控制方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种两级式非隔离光伏并网逆变器及其控制方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种两级式非隔离光伏并网逆变器，其特征在于：包括第一直流母线电容（C dc1）、第二直流母线电容（C dc2）、直流功率变换电路（1）和全桥功率变换电路（2）；所述第一直流母线电容（C dc1）的正极分别与光伏组件串（U PV）的正输出端、第二直流母线电容（C dc2）的负极、直流功率变换电路（1）的第一连接端和全桥功率变换电路（2）的第一输入端连接；所述第一直流母线电容（C dc1）的负极分别与光伏组件串（U PV）的负输出端、直流功率变换电路（1）的第二连接端和全桥功率变换电路（2）的第二输入端连接；所述第二直流母线电容（C dc2）的正极分别与直流功率变换电路（1）的第三连接端和全桥功率变换电路（2）的第三输入端连接；所述全桥功率变换电路（2）的两个输出端外接电网。
所述全桥功率变换电路（2）包括高压功率变换电路（21）和低压功率传输支路（22）；
所述高压功率变换电路（21）包括第一功率开关管（S 1）、第二功率开关管（S 2）、第三功率开关管（S 3）、第四功率开关管（S 4）、第一功率二极管（D 1）、第二功率二极管（D 2）、第一滤波电感（L f1）、第二滤波电感（L f2）和滤波电容（C f）；
所述低压功率传输支路（22）的第一连接端作为全桥功率变换电路（2）的第一输入端；
所述第一功率开关管（S 1）的漏极分别与第二功率开关管（S 2）的漏极共连作为全桥功率变换电路（2）的第三连接端；
所述第一功率开关管（S 1）的源极分别与低压功率传输支路（22）的第二连接端、第一功率二极管（D 1）的阴极和第一滤波电感（L f1）的一端连接；
所述第二功率开关管（S 2）的源极分别与低压功率传输支路（22）的第三连接端、第二功率二极管（D 2）的阴极和第二滤波电感（L f2）的一端连接；
所述第一功率二极管（D 1）的阳极分别与第二功率二极管（D 2）的阳极、第三功率开关管（S 3）的源极、第四功率开关管（S 4）的源极共连作为全桥功率变换电路（2）的第二输入端；
所述第一滤波电感（L f1）的另一端分别与第三功率开关管（S 3）的漏极、滤波电容（C f）的一端共连作为全桥功率变换电路（2）的其中一个输出端和电网（u g）的一端连接；
所述第二滤波电感（L f2）的另一端分别与第四功率开关管（S 4）的漏极、滤波电容（C f）的另一端共连作为全桥功率变换电路（2）的另一个输出端和电网（u g）的另一端连接。
所述低压功率传输支路（22）包括第四功率二极管（D 4）、第五功率二极管（D 5）、第五功率开关管（S 5）和第六功率开关管（S 6）；
所述第四功率二极管（D 4）的阳极分别与第五功率二极管（D 5）的阳极共连作为低压功率传输支路（22）的第一连接端；
所述第四功率二极管（D 4）的阴极与第五功率开关管（S 5）的漏极连接，所述第五功率开关管（S 5）的源极作为低压功率传输支路（22）的第二连接端；
所述第五功率二极管（D 5）的阴极与第六功率开关管（S 6）的漏极连接，所述第六功率开关管（S 6）的源极作为低压功率传输支路（22）的第三连接端。
所述低压功率传输支路（22）包括第四功率二极管（D 4）、第五功率开关管（S 5）和第六功率开关管（S 6）；
所述第四功率二极管（D 4）的阳极作为低压功率传输支路（22）的第一连接端，所述第四功率二极管（D 4）的阴极分别与第五功率开关管（S 5）的漏极和第六功率开关管（S 6）的漏极连接；
所述第五功率开关管（S 5）的源极作为低压功率传输支路（22）的第二连接端；
所述第六功率开关管（S 6）的源极作为低压功率传输支路（22）的第三连接端。
所述直流功率变换电路（1）为升压变换电路，输出电压和输入电压同极性。
所述直流功率变换电路（1）包括储能电感（L B），第七功率开关管（S 7）和第三功率二极管（D 3）；
所述储能电感（L B）的一端作为直流功率变换电路（1）的第一连接端；
所述第七功率开关管（S 7）的源极作为直流功率变换电路（1）的第二连接端；
所述第三功率二极管（D 3）阴极作为直流功率变换电路（1）的第三连接端；所述第三功率二极管（D 3）的阳极分别与储能电感（L B）的另一端和第七功率开关管（S 7）的漏极连接。
光伏组件串（U PV）电压高于电网（u g）电压绝对值的峰值时，直流功率变换电路（1）不工作，第一功率开关管（S 1）和第二功率开关管（S 2）的驱动信号均为低电平；
光伏组件串（U PV）电压低于电网（u g）电压绝对值的峰值时，直流功率变换电路（1）工作，第一直流母线电容（C dc1）和第二直流母线电容（C dc2）电压纸盒等于直流变换电路（1）的输出电压。
一种两级式非隔离光伏并网逆变器，其特征在于：包括第一直流母线电容（C dc1）、第二直流母线电容（C dc2）、直流功率变换电路（1）和全桥功率变换电路（2）；所述第一直流母线电容（C dc1）的正极分别与光伏组件串（U PV）的正输出端、直流功率变换电路（1）的第一连接端和全桥功率变换电路（2）的第一输入端连接；所述第一直流母线电容（C dc1）的负极分别与光伏组件串（U PV）的负输出端、第二直流母线电容（C dc2）的正极、直流功率变换电路（1）的第二连接端和全桥功率变换电路（2）的第二输入端连接；所述第二直流母线电容（C dc2）的负极分别与直流功率变换电路（1）的第三连接端和全桥功率变换电路（2）的第三输入端连接；所述全桥功率变换电路（2）的两个输出端外接电网。
所述全桥功率变换电路（2）包括高压功率变换电路（21）和低压功率传输支路（22）；
所述高压功率变换电路（21）包括第一功率开关管（S 1）、第二功率开关管（S 2）、第三功率开关管（S 3）、第四功率开关管（S 4）、第一功率二极管（D 1）、第二功率二极管（D 2）、第一滤波电感（L f1）、第二滤波电感（L f2）和滤波电容（C f）；
所述低压功率传输支路（22）的第一连接端作为全桥功率变换电路（2）的第二输入端；
所述第一功率开关管（S 1）的源极分别与第二功率开关管（S 2）的源极共连作为全桥功率变换电路（2）的第三输入端；
所述第一功率开关管（S 1）的漏极分别与低压功率传输支路（22）的第二连接端、第一功率二极管（D 1）的阳极和第一滤波电感（L f1）的一端连接；
所述第二功率开关管（S 2）的漏极分别与低压功率传输支路（22）的第三连接端、第二功率二极管（D 2）的阳极和第二滤波电感（L f2）的一端连接；
所述第一功率二极管（D 1）的阴极分别与第二功率二极管（D 2）的阴极、第三功率开关管（S 3）的漏极、第四功率开关管（S 4）的漏极共连作为全桥功率变换电路（2）的第一输入端；
所述第一滤波电感（L f1）的另一端分别与第三功率开关管（S 3）的源极、滤波电容（C f）的一端和电网（u g）的一端连接；
所述第二滤波电感（L f2）的另一端分别与第四功率开关管（S 4）的源极、滤波电容（C f）的另一端和电网（u g）的另一端连接。
所述低压功率传输支路（22）包括第四功率二极管（D 4）、第五功率二极管（D 5）、第五功率开关管（S 5）和第六功率开关管（S 6）；
所述第四功率二极管（D 4）的阴极与第五功率二极管（D 5）的阴极共连作为低压功率传输支路（22）的第一连接端；
所述第四功率二极管（D 4）的阳极与第五功率开关管（S 5）的源极连接，所述第五功率开关管（S 5）的漏极作为低压功率传输支路（22）的第二连接端；
所述第五功率二极管（D 5）的阳极与第六功率开关管（S 6）的源极连接，所述第六功率开关管（S 6）的漏极作为低压功率传输支路（22）的第三连接端。
所述低压功率传输支路（22）包括第四功率二极管（D 4）、第五功率开关管（S 5）和第六功率开关管（S 6）；
所述第四功率二极管（D 4）的阴极作为低压功率传输支路（22）的第一连接端，所述第四功率二极管（D 4）的阳极分别与第五功率开关管（S 5）的源极和第六功率开关管（S 6）的源极连接；
所述第五功率开关管（S 5）的漏极作为低压功率传输支路（22）的第二连接端；
所述第六功率开关管（S 6）的漏极作为低压功率传输支路（22）的第三连接端。
所述直流功率变换电路（1）为升降压变换电路，输出电压和输入电压反极性。
所述直流功率变换电路（1）包括储能电感（L B），第七功率开关管（S 7）和第三功率二极管（D 3）；
所述第七功率开关管（S 7）的漏极作为直流功率变换电路（1）的第一连接端；
所述储能电感（L B）的一端作为直流功率变换电路（1）的第二连接端；
所述第三功率二极管（D 3）的阳极作为直流功率变换电路（1）的第三连接端；
所述第三功率二极管（D 3）的阴极分别与储能电感（L B）的另一端和第七功率开关管（S 7）的源极连接。
光伏组件串（U PV）电压高于电网（u g）电压绝对值的峰值时，直流功率变换电路（1）不工作，第一功率开关管（S 1）和第二功率开关管（S 2）的驱动信号均为低电平；
光伏组件串（U PV）电压低于电网（u g）电压绝对值的峰值时，直流功率变换电路（1）工作，第一直流母线电容（C dc1）和第二直流母线电容（C dc2）电压纸盒等于直流变换电路（1）的输出电压。
本发明所达到的有益效果：1、本发明的直流母线电容电压应力低，成本低；2、本发明的两级式非隔离光伏并网逆变器仅有部分功率经过直流功率变换电路，功率变换级数少、功率损耗小；3、本发明的并网逆变器共模电压变化频率低，具有低漏电流的特征；4、本发明的并网逆变器采用双降压式拓扑，不存在桥臂直通隐患，可靠性高；5、本发明的并网逆变器由独立二极管续流，故功率开关管可采用功率MOSFET，有利于提高并网逆变器的变换效率。
附图说明
图1为本发明的两级式非隔离光伏并网逆变器电路结构图一。
图2为本发明的两级式非隔离光伏并网逆变器电路拓扑实施例一。
图3为实施例一中低压传输功率支路拓扑实施例一。
图4为实施例一中低压传输功率支路拓扑实施例二。
图5为实施例一的驱动原理波形。
图6为本发明的两级式非隔离光伏并网逆变器电路结构图二。
图7为本发明的两级式非隔离光伏并网逆变器电路拓扑实施例二。
图8为实施例二中低压传输功率支路拓扑实施例一。
图9为实施例二中低压传输功率支路拓扑实施例二。
图10为实施例二的驱动原理波形。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种两级式非隔离光伏并网逆变器，包括第一直流母线电容C dc1、第二直流母线电容C dc2、直流功率变换电路1和全桥功率变换电路2；所述第一直流母线电容C dc1的正极分别与光伏组件串U PV的正输出端、第二直流母线电容C dc2的负极、直流功率变换电路1的第一连接端和全桥功率变换电路2的第一输入端连接；所述第一直流母线电容C dc1的负极分别与光伏组件串U PV的负输出端、直流功率变换电路1的第二连接端和全桥功率变换电路2的第二输入端连接；所述第二直流母线电容C dc2的正极分别与直流功率变换电路1的第三连接端和全桥功率变换电路2的第三输入端连接；所述全桥功率变换电路2的两个输出端外接电网。
如图2所示，是两级式非隔离光伏并网逆变器电路拓扑实施例一，具体结构如下。
全桥功率变换电路2包括高压功率变换电路21和低压功率传输支路22；
所述高压功率变换电路21包括第一功率开关管S 1、第二功率开关管S 2、第三功率开关管S 3、第四功率开关管S 4、第一功率二极管D 1、第二功率二极管D 2、第一滤波电感L f1、第二滤波电感L f2和滤波电容C f；
所述低压功率传输支路22的第一连接端作为全桥功率变换电路2的第一输入端；
所述第一功率开关管S 1的漏极分别与第二功率开关管S 2的漏极共连作为全桥功率变换电路2的第三输入端；
所述第一功率开关管S 1的源极分别与低压功率传输支路22的第二连接端、第一功率二极管D 1的阴极和第一滤波电感L f1的一端连接；
所述第二功率开关管S 2的源极分别与低压功率传输支路22的第三连接端、第二功率二极管D 2的阴极和第二滤波电感L f2的一端连接；
所述第一功率二极管D 1的阳极分别与第二功率二极管D 2的阳极、第三功率开关管S 3的源极、第四功率开关管S 4的源极共连作为全桥功率变换电路2的第二输入端；
所述第一滤波电感L f1的另一端分别与第三功率开关管S 3的漏极、滤波电容C f的一端共连作为全桥功率变换电路2的其中一个输出端和电网u g的一端连接；
所述第二滤波电感L f2的另一端分别与第四功率开关管S 4的漏极、滤波电容C f的另一端共连作为全桥功率变换电路2的另一个输出端和电网u g的另一端连接。
所述直流功率变换电路1包括储能电感L B，第七功率开关管S 7和第三功率二极管D 3；
所述储能电感L B的一端作为直流功率变换电路1的第一连接端；
所述第七功率开关管S 7的源极作为直流功率变换电路1的第二连接端；
所述第三功率二极管D 3阴极作为直流功率变换电路1的第三连接端；所述第三功率二极管D 3的阳极分别与储能电感L B的另一端和第七功率开关管S 7的漏极连接。
上述低压功率传输支路22具有以下两种结构，具体如下。
第一种结构如图3所示：所述低压功率传输支路22包括第四功率二极管D 4、第五功率二极管D 5、第五功率开关管S 5）和第六功率开关管S 6；
所述第四功率二极管D 4的阳极分别与第五功率二极管D 5的阳极共连作为低压功率传输支路22的第一连接端连接；
所述第四功率二极管D 4的阴极与第五功率开关管S 5的漏极连接，所述第五功率开关管S 5的源极作为低压功率传输支路22的第二连接端；
所述第五功率二极管D 5的阴极与第六功率开关管S 6的漏极连接，所述第六功率开关管S 6的源极作为低压功率传输支路22的第三连接端。
第二种结构如图4所示：所述低压功率传输支路22包括第四功率二极管D 4、第五功率开关管S 5和第六功率开关管S 6；
所述第四功率二极管D 4的阳极作为低压功率传输支路22的第一连接端，所述第四功率二极管D 4的阴极分别与第五功率开关管S 5的漏极和第六功率开关管S 6的漏极连接；
所述第五功率开关管S 5的源极作为低压功率传输支路22的第二连接端；所述第六功率开关管S 6的源极作为低压功率传输支路22的第三连接端。
实施例一所述的两级式非隔离光伏并网逆变器，采用第一种结构的低压功率传输支路22，全桥功率变换电路2包含六种工作模态：
模态一：全桥功率变换电路2的第一功率开关管S 1、第四功率开关管S 4和第五功率开关管S 5开通，全桥功率变换电路2中的其它功率开关管关断，进网电流依次流过第一功率开关管S 1、第一滤波电感L f1、电网u g、第四功率开关管S 4；全桥功率变换电路2的桥臂电压为第一直流母线电容C dc1和第二直流母线电容C dc2电压之和。
模态二：全桥功率变换电路2的第五功率开关管S 5和第四功率开关管S 4开通，全桥功率变换电路2中的其它功率开关管关断，进网电流依次流过第四功率二极管D 4、第五功率开关管S 5、第一滤波电感L f1、电网u g、第四功率开关管S 4；全桥功率变换电路2的桥臂电压为第一直流母线电容C dc1电压。
模态三：全桥功率变换电路2的第四功率开关管S 4开通，全桥功率变换电路2中的其它功率开关管关断，进网电流依次流过第一功率二极管D 1、第一滤波电感L f1、电网u g、第四功率开关管S 4；全桥功率变换电路2的桥臂电压为零。
模态四：全桥功率变换电路2的第二功率开关管S 2、第三功率开关管S 3和第六功率开关管S 6开通，全桥功率变换电路2中的其它功率开关管关断，进网电流依次流过第二功率开关管S 2、第二滤波电感L f2、电网u g、第三功率开关管S 3；全桥功率变换电路2的桥臂电压为负的第一直流母线电容C dc1和第二直流母线电容C dc2电压之和。
模态五：全桥功率变换电路2的第六功率开关管S 6和第三功率开关管S 3开通，全桥功率变换电路2中的其它功率开关管关断，进网电流依次流过第五功率二极管D 5、第六功率开关管S 6、第二滤波电感L f2、电网u g、第三功率开关管S 3；全桥功率变换电路2的桥臂电压为负的第一直流母线电容C dc1电压。
模态六：全桥功率变换电路2的第三功率开关管S 3开通，全桥功率变换电路2中的其它功率开关管关断，进网电流依次流过第二功率二极管D 2、第二滤波电感L f2、电网u g、第三功率开关管S 3；全桥功率变换电路2的桥臂电压为零。
实施例一所述的两级式非隔离光伏并网逆变器，采用第二种结构的低压功率传输支路22，全桥功率变换电路2也包含六种工作模态，其过程与上述六种模态类似，很容易推导出，这里不做详细叙述。
如图5所示，为实施例一的驱动原理波形。图中，u gs1至u gs6表示第一至第六功率开关管S 1~ S 6的驱动电压，u st1和u st2分别表示第一和第二载波信号，u e表示调制波信号。
电网u g电压正半周，光伏组件串U PV输出电压低于电网u g电压瞬时值的绝对值时，第四功率开关管S 4与第五功率开关管S 5的驱动信号相同，均为高电平，第一功率开关管S 1的驱动信号按单极性SPWM方式高频动作，其它功率开关管驱动信号均为低电平。
电网u g电压正半周，光伏组件串U PV输出电压高于电网u g电压瞬时值的绝对值时，第四功率开关管S 4的驱动信号为高电平，第五功率开关管S 5的驱动信号按单极性SPWM方式高频动作，其它功率开关管驱动信号均为低电平。
电网u g电压负半周，光伏组件串U PV输出电压低于电网u g电压瞬时值的绝对值时，第三功率开关管S 3与第六功率开关管S 6的驱动信号相同，均为高电平，第二功率开关管S 2的驱动信号按单极性SPWM方式高频动作，其它功率开关管驱动信号均为低电平。
电网u g电压负半周，光伏组件串U PV输出电压高于电网u g电压瞬时值的绝对值时，第三功率开关管S 3的驱动信号为高电平，第六功率开关管S 6的驱动信号按单极性SPWM方式高频动作，其它功率开关管驱动信号均为低电平。
上述实施例一，其中的直流功率变换电路1为输入输出同极性的非隔离升压变换电路，该升压变换电路可以被配置成不同的拓扑结构。
如图6所示，是一种两级式非隔离光伏并网逆变器电路结构图二，包括第一直流母线电容C dc1、第二直流母线电容C dc2、直流功率变换电路1和全桥功率变换电路2；所述第一直流母线电容C dc1的正极分别与光伏组件串U PV的正输出端、直流功率变换电路1的第一连接端和全桥功率变换电路2的第一输入端连接；所述第一直流母线电容C dc1的负极分别与光伏组件串U PV的负输出端、第二直流母线电容C dc2的正极、直流功率变换电路1的第二连接端和全桥功率变换电路2的第二输入端连接；所述第二直流母线电容C dc2的负极分别与直流功率变换电路1的第三连接端和全桥功率变换电路2的第三输入端连接；所述全桥功率变换电路2的两个输出端外接电网。
如图7所示，是两级式非隔离光伏并网逆变器电路拓扑实施例二，具体结构如下。
所述全桥功率变换电路2包括高压功率变换电路21和低压功率传输支路22；
所述高压功率变换电路21包括第一功率开关管S 1、第二功率开关管S 2、第三功率开关管S 3、第四功率开关管S 4、第一功率二极管D 1、第二功率二极管D 2、第一滤波电感L f1、第二滤波电感L f2和滤波电容C f；
所述低压功率传输支路22的第一连接端作为全桥功率变换电路2的第二输入端；
所述第一功率开关管S 1的源极分别与第二功率开关管S 2的源极共连作为全桥功率变换电路2的第三输入端；
所述第一功率开关管S 1的漏极分别与低压功率传输支路22的第二连接端、第一功率二极管D 1的阳极和第一滤波电感L f1的一端连接；
所述第二功率开关管S 2的漏极分别与低压功率传输支路22的第三连接端、第二功率二极管D 2的阳极和第二滤波电感L f2的一端连接；
所述第一功率二极管D 1的阴极分别与第二功率二极管D 2的阴极、第三功率开关管S 3的漏极、第四功率开关管S 4的漏极共连作为全桥功率变换电路2的第一输入端；
所述第一滤波电感L f1的另一端分别与第三功率开关管S 3的源极、滤波电容C f的一端和电网u g的一端连接；
所述第二滤波电感L f2的另一端分别与第四功率开关管S 4的源极、滤波电容C f的另一端和电网u g的另一端连接。
所述直流功率变换电路1包括储能电感L B，第七功率开关管S 7和第三功率二极管D 3；
所述第七功率开关管S 7的漏极作为直流功率变换电路1的第一连接端；
所述储能电感L B的一端作为直流功率变换电路1的第二连接端；
所述第三功率二极管D 3的阳极作为直流功率变换电路1的第三连接端；
所述第三功率二极管D 3的阴极分别与储能电感L B的另一端和第七功率开关管S 7的源极连接；
上述低压功率传输支路22具有以下两种结构，具体如下。
第一种结构如图8所示：所述低压功率传输支路22包括第四功率二极管D 4、第五功率二极管D 5、第五功率开关管S 5和第六功率开关管S 6；
所述第四功率二极管D 4的阴极与第五功率二极管D 5的阴极共连作为低压功率传输支路22的第一连接端连接；
所述第四功率二极管D 4的阳极与第五功率开关管S 5的源极连接，所述第五功率开关管S 5的漏极作为低压功率传输支路22的第二连接端；
所述第五功率二极管D 5的阳极与第六功率开关管S 6的源极连接，所述第六功率开关管S 6的漏极作为低压功率传输支路22的第三连接端。
第二种结构如图9所示：所述低压功率传输支路22包括第四功率二极管D 4、第五功率开关管S 5和第六功率开关管S 6；
所述第四功率二极管D 4的阴极作为低压功率传输支路22的第一连接端，所述第四功率二极管D 4的阳极分别与第五功率开关管S 5的源极和第六功率开关管S 6的源极连接；
所述第五功率开关管S 5的漏极作为低压功率传输支路22的第二连接端；所述第六功率开关管S 6的漏极作为低压功率传输支路22的第三连接端。
实施例二所述的两级式非隔离光伏并网逆变器，采用第一种结构的低压功率传输支路22，全桥功率变换电路2包含六种工作模态：
模态一：全桥功率变换电路2的第一功率开关管S 1、第四功率开关管S 4和第五功率开关管S 5开通，全桥功率变换电路2中的其它功率开关管关断，进网电流依次流过第四功率开关管S 4、电网u g、第一滤波电感L f1、第一功率开关管S 1；全桥功率变换电路2的桥臂电压为第一直流母线电容C dc1和第二直流母线电容C dc2电压之和。
模态二：全桥功率变换电路2的第五功率开关管S 5和第四功率开关管S 4开通，全桥功率变换电路2中的其它功率开关管关断，进网电流依次流过第四功率开关管S 4电网u g、第一滤波电感L f1、第五功率开关管S 5、第四功率二极管D 4；全桥功率变换电路2的桥臂电压为第一直流母线电容C dc1电压。
模态三：全桥功率变换电路2的第四功率开关管S 4开通，全桥功率变换电路2中的其它功率开关管关断，进网电流依次流过第四功率开关管S 4、电网（u g）、第一滤波电感L f1、第一功率二极管D 1；全桥功率变换电路2的桥臂电压为零。
模态四：全桥功率变换电路2的第二功率开关管S 2、第三功率开关管S 3和第六功率开关管S 6开通，全桥功率变换电路2中的其它功率开关管关断，进网电流依次流过第三功率开关管S 3、电网u g、第二滤波电感L f2、第二功率开关管S 2；全桥功率变换电路2的桥臂电压为负的第一直流母线电容C dc1和第二直流母线电容C dc2电压之和。
模态五：全桥功率变换电路2的第六功率开关管S 6和第三功率开关管S 3开通，全桥功率变换电路2中的其它功率开关管关断，进网电流依次流过第三功率开关管S 3、电网u g、第二滤波电感L f2、第六功率开关管S 6；全桥功率变换电路2的桥臂电压为负的第一直流母线电容C dc1电压。
模态六：全桥功率变换电路2的第三功率开关管S 3开通，全桥功率变换电路2中的其它功率开关管关断，进网电流依次流过第三功率开关管S 3、电网u g、第二滤波电感L f2、第二功率二极管D 2；全桥功率变换电路2的桥臂电压为零。
实施例二所述的两级式非隔离光伏并网逆变器，采用第二种结构的低压功率传输支路22，全桥功率变换电路2也包含六种工作模态，其过程与上述六种模态类似，很容易推导出，这里不做详细叙述。
如图10所示，为实施例二的驱动原理波形。图中，u gs1至u gs6表示第一至第六功率开关管S 1~ S 6的驱动电压，u st1和u st2分别表示第一和第二载波信号，u e表示调制波信号。该波形与图5中的波形基本一致，这里也不详细叙述。
上述实施例二，其中的直流功率变换电路1为输入输出反极性的非隔离升降压变换电路，该升降压变换电路可以被配置成不同的拓扑结构。
上述两级式非隔离光伏并网逆变器的控制方法：光伏组件串U PV电压高于电网u g电压绝对值的峰值时，直流功率变换电路1不工作，第一功率开关管S 1和第二功率开关管S 2的驱动信号均为低电平；
光伏组件串U PV电压低于电网u g电压绝对值的峰值时，直流功率变换电路1工作，第一直流母线电容C dc1和第二直流母线电容C dc2电压纸盒等于直流变换电路1的输出电压。
上述两级式非隔离光伏并网逆变器的直流母线电容电压应力低，成本低；上述两级式非隔离光伏并网逆变器仅有部分功率经过直流功率变换电路，功率变换级数少、功率损耗小；上述两级式非隔离光伏并网逆变器的并网逆变器共模电压变化频率低，具有低漏电流的特征；上述两级式非隔离光伏并网逆变器采用双降压式拓扑，不存在桥臂直通隐患，可靠性高；上述两级式非隔离光伏并网逆变器由独立二极管续流，故功率开关管可采用功率MOSFET，有利于提高并网逆变器的变换效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种两级式非隔离光伏并网逆变器，其特征在于：包括第一直流母线电容（C dc1）、第二直流母线电容（C dc2）、直流功率变换电路（1）和全桥功率变换电路（2）；所述第一直流母线电容（C dc1）的正极分别与光伏组件串（U PV）的正输出端、第二直流母线电容（C dc2）的负极、直流功率变换电路（1）的第一连接端和全桥功率变换电路（2）的第一输入端连接；所述第一直流母线电容（C dc1）的负极分别与光伏组件串（U PV）的负输出端、直流功率变换电路（1）的第二连接端和全桥功率变换电路（2）的第二输入端连接；所述第二直流母线电容（C dc2）的正极分别与直流功率变换电路（1）的第三连接端和全桥功率变换电路（2）的第三输入端连接；所述全桥功率变换电路（2）的两个输出端外接电网；
所述全桥功率变换电路（2）包括高压功率变换电路（21）和低压功率传输支路（22）；
所述高压功率变换电路（21）包括第一功率开关管（S 1）、第二功率开关管（S 2）、第三功率开关管（S 3）、第四功率开关管（S 4）、第一功率二极管（D 1）、第二功率二极管（D 2）、第一滤波电感（L f1）、第二滤波电感（L f2）和滤波电容（C f）；
所述低压功率传输支路（22）的第一连接端作为全桥功率变换电路（2）的第一输入端；
所述第一功率开关管（S 1）的漏极分别与第二功率开关管（S 2）的漏极共连作为全桥功率变换电路（2）的第三连接端；
所述第一功率开关管（S 1）的源极分别与低压功率传输支路（22）的第二连接端、第一功率二极管（D 1）的阴极和第一滤波电感（L f1）的一端连接；
所述第二功率开关管（S 2）的源极分别与低压功率传输支路（22）的第三连接端、第二功率二极管（D 2）的阴极和第二滤波电感（L f2）的一端连接；
所述第一功率二极管（D 1）的阳极分别与第二功率二极管（D 2）的阳极、第三功率开关管（S 3）的源极、第四功率开关管（S 4）的源极共连作为全桥功率变换电路（2）的第二输入端；
所述第一滤波电感（L f1）的另一端分别与第三功率开关管（S 3）的漏极、滤波电容（C f）的一端共连作为全桥功率变换电路（2）的其中一个输出端和电网（u g）的一端连接；
所述第二滤波电感（L f2）的另一端分别与第四功率开关管（S 4）的漏极、滤波电容（C f）的另一端共连作为全桥功率变换电路（2）的另一个输出端和电网（u g）的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的一种两级式非隔离光伏并网逆变器，其特征在于：所述低压功率传输支路（22）包括第四功率二极管（D 4）、第五功率二极管（D 5）、第五功率开关管（S 5）和第六功率开关管（S 6）；
所述第四功率二极管（D 4）的阳极分别与第五功率二极管（D 5）的阳极共连作为低压功率传输支路（22）的第一连接端；
所述第四功率二极管（D 4）的阴极与第五功率开关管（S 5）的漏极连接，所述第五功率开关管（S 5）的源极作为低压功率传输支路（22）的第二连接端；
所述第五功率二极管（D 5）的阴极与第六功率开关管（S 6）的漏极连接，所述第六功率开关管（S 6）的源极作为低压功率传输支路（22）的第三连接端。
3.根据权利要求1所述的一种两级式非隔离光伏并网逆变器，其特征在于：所述低压功率传输支路（22）包括第四功率二极管（D 4）、第五功率开关管（S 5）和第六功率开关管（S 6）；
所述第四功率二极管（D 4）的阳极作为低压功率传输支路（22）的第一连接端，所述第四功率二极管（D 4）的阴极分别与第五功率开关管（S 5）的漏极和第六功率开关管（S 6）的漏极连接；
所述第五功率开关管（S 5）的源极作为低压功率传输支路（22）的第二连接端；
所述第六功率开关管（S 6）的源极作为低压功率传输支路（22）的第三连接端。
4.根据权利要求1所述的一种两级式非隔离光伏并网逆变器，其特征在于：所述直流功率变换电路（1）为升压变换电路，输出电压和输入电压同极性。
5.根据权利要求4所述的一种两级式非隔离光伏并网逆变器，其特征在于：所述直流功率变换电路（1）包括储能电感（L B），第七功率开关管（S 7）和第三功率二极管（D 3）；
所述储能电感（L B）的一端作为直流功率变换电路（1）的第一连接端；
所述第七功率开关管（S 7）的源极作为直流功率变换电路（1）的第二连接端；
所述第三功率二极管（D 3）阴极作为直流功率变换电路（1）的第三连接端；所述第三功率二极管（D 3）的阳极分别与储能电感（L B）的另一端和第七功率开关管（S 7）的漏极连接。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种两级式非隔离光伏并网逆变器的控制方法，其特征在于：光伏组件串（U PV）电压高于电网（u g）电压绝对值的峰值时，直流功率变换电路（1）不工作，第一功率开关管（S 1）和第二功率开关管（S 2）的驱动信号均为低电平；
光伏组件串（U PV）电压低于电网（u g）电压绝对值的峰值时，直流功率变换电路（1）工作，第一直流母线电容（C dc1）和第二直流母线电容（C dc2）电压纸盒等于直流变换电路（1）的输出电压。
7.一种两级式非隔离光伏并网逆变器，其特征在于：包括第一直流母线电容（C dc1）、第二直流母线电容（C dc2）、直流功率变换电路（1）和全桥功率变换电路（2）；所述第一直流母线电容（C dc1）的正极分别与光伏组件串（U PV）的正输出端、直流功率变换电路（1）的第一连接端和全桥功率变换电路（2）的第一输入端连接；所述第一直流母线电容（C dc1）的负极分别与光伏组件串（U PV）的负输出端、第二直流母线电容（C dc2）的正极、直流功率变换电路（1）的第二连接端和全桥功率变换电路（2）的第二输入端连接；所述第二直流母线电容（C dc2）的负极分别与直流功率变换电路（1）的第三连接端和全桥功率变换电路（2）的第三输入端连接；所述全桥功率变换电路（2）的两个输出端外接电网；
所述全桥功率变换电路（2）包括高压功率变换电路（21）和低压功率传输支路（22）；
所述高压功率变换电路（21）包括第一功率开关管（S 1）、第二功率开关管（S 2）、第三功率开关管（S 3）、第四功率开关管（S 4）、第一功率二极管（D 1）、第二功率二极管（D 2）、第一滤波电感（L f1）、第二滤波电感（L f2）和滤波电容（C f）；
所述低压功率传输支路（22）的第一连接端作为全桥功率变换电路（2）的第二输入端；
所述第一功率开关管（S 1）的源极分别与第二功率开关管（S 2）的源极共连作为全桥功率变换电路（2）的第三输入端；
所述第一功率开关管（S 1）的漏极分别与低压功率传输支路（22）的第二连接端、第一功率二极管（D 1）的阳极和第一滤波电感（L f1）的一端连接；
所述第二功率开关管（S 2）的漏极分别与低压功率传输支路（22）的第三连接端、第二功率二极管（D 2）的阳极和第二滤波电感（L f2）的一端连接；
所述第一功率二极管（D 1）的阴极分别与第二功率二极管（D 2）的阴极、第三功率开关管（S 3）的漏极、第四功率开关管（S 4）的漏极共连作为全桥功率变换电路（2）的第一输入端；
所述第一滤波电感（L f1）的另一端分别与第三功率开关管（S 3）的源极、滤波电容（C f）的一端和电网（u g）的一端连接；
所述第二滤波电感（L f2）的另一端分别与第四功率开关管（S 4）的源极、滤波电容（C f）的另一端和电网（u g）的另一端连接。
8.根据权利要求7所述的一种两级式非隔离光伏并网逆变器，其特征在于：所述低压功率传输支路（22）包括第四功率二极管（D 4）、第五功率二极管（D 5）、第五功率开关管（S 5）和第六功率开关管（S 6）；
所述第四功率二极管（D 4）的阴极与第五功率二极管（D 5）的阴极共连作为低压功率传输支路（22）的第一连接端；
所述第四功率二极管（D 4）的阳极与第五功率开关管（S 5）的源极连接，所述第五功率开关管（S 5）的漏极作为低压功率传输支路（22）的第二连接端；
所述第五功率二极管（D 5）的阳极与第六功率开关管（S 6）的源极连接，所述第六功率开关管（S 6）的漏极作为低压功率传输支路（22）的第三连接端。
9.根据权利要求7所述的一种两级式非隔离光伏并网逆变器，其特征在于：所述低压功率传输支路（22）包括第四功率二极管（D 4）、第五功率开关管（S 5）和第六功率开关管（S 6）；
所述第四功率二极管（D 4）的阴极作为低压功率传输支路（22）的第一连接端，所述第四功率二极管（D 4）的阳极分别与第五功率开关管（S 5）的源极和第六功率开关管（S 6）的源极连接；
所述第五功率开关管（S 5）的漏极作为低压功率传输支路（22）的第二连接端；
所述第六功率开关管（S 6）的漏极作为低压功率传输支路（22）的第三连接端。
10.根据权利要求7所述的一种两级式非隔离光伏并网逆变器，其特征在于：所述直流功率变换电路（1）为升降压变换电路，输出电压和输入电压反极性。
11.根据权利要求10所述的一种两级式非隔离光伏并网逆变器，其特征在于：所述直流功率变换电路（1）包括储能电感（L B），第七功率开关管（S 7）和第三功率二极管（D 3）；
所述第七功率开关管（S 7）的漏极作为直流功率变换电路（1）的第一连接端；
所述储能电感（L B）的一端作为直流功率变换电路（1）的第二连接端；
所述第三功率二极管（D 3）的阳极作为直流功率变换电路（1）的第三连接端；
所述第三功率二极管（D 3）的阴极分别与储能电感（L B）的另一端和第七功率开关管（S 7）的源极连接。
12.根据权利要求7-11任意一项所述的一种两级式非隔离光伏并网逆变器的控制方法，其特征在于：光伏组件串（U PV）电压高于电网（u g）电压绝对值的峰值时，直流功率变换电路（1）不工作，第一功率开关管（S 1）和第二功率开关管（S 2）的驱动信号均为低电平；
光伏组件串（U PV）电压低于电网（u g）电压绝对值的峰值时，直流功率变换电路（1）工作，第一直流母线电容（C dc1）和第二直流母线电容（C dc2）电压纸盒等于直流变换电路（1）的输出电压。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105577013A (zh) * 2016-02-04 2016-05-11 华中科技大学 一种宽输入电压低损耗的单相光伏并网逆变器
CN109088560A (zh) * 2018-09-30 2018-12-25 华南理工大学 一种单相有源钳位非隔离光伏并网逆变器
CN109742960B (zh) * 2018-11-26 2020-11-17 北京国电通网络技术有限公司 一种家用储能变流器和家用储能变流器的控制方法
CN112421962B (zh) * 2020-11-03 2022-04-05 深圳第三代半导体研究院 一种具有部分功率调节功能的两级dc-dc变换器
CN114244136A (zh) * 2021-12-20 2022-03-25 上海北漠景观幕墙科技股份有限公司 一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2053732A2 (de) * 2007-06-06 2009-04-29 REFU Elektronik GmbH Schaltungsanordnung und Steuerungsverfahren für einen Wechselrichter mit Hochsetzsteller
CN100488019C (zh) * 2005-06-30 2009-05-13 南京航空航天大学 双滤波电感全桥逆变器主电路
CN102163852A (zh) * 2011-03-15 2011-08-24 南京航空航天大学 一种中点箝位非隔离光伏并网逆变器
CN104638971A (zh) * 2015-02-13 2015-05-20 河海大学 一种光伏并网逆变器及其控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100488019C (zh) * 2005-06-30 2009-05-13 南京航空航天大学 双滤波电感全桥逆变器主电路
EP2053732A2 (de) * 2007-06-06 2009-04-29 REFU Elektronik GmbH Schaltungsanordnung und Steuerungsverfahren für einen Wechselrichter mit Hochsetzsteller
CN102163852A (zh) * 2011-03-15 2011-08-24 南京航空航天大学 一种中点箝位非隔离光伏并网逆变器
CN104638971A (zh) * 2015-02-13 2015-05-20 河海大学 一种光伏并网逆变器及其控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
模块化非隔离光伏并网逆变器及发电系统研究;张犁;《中国博士学位论文全文数据库工程科技II辑》;20140615;第13页第5节图1.17，第94页图5.8(a) *

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