CN105656077A - 一种高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路及其调制方法 - Google Patents
一种高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路及其调制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105656077A CN105656077A CN201610046099.8A CN201610046099A CN105656077A CN 105656077 A CN105656077 A CN 105656077A CN 201610046099 A CN201610046099 A CN 201610046099A CN 105656077 A CN105656077 A CN 105656077A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- switching tube
- inverter
- colelctor electrode
- inverter circuit
- emitter stage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 8
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical group 0.000 claims description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H02J3/383—
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路及其调制方法，属于电力电子领域。包括：一个滤波电容Cdc，七个开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和两个滤波电感L1、L2。所述逆变器拓扑中的七个开关管全部为高频开关，在电网电压的整个周期内，根据给定的开关管驱动信号，控制逆变电路中七个开关管的动作，使得逆变器的共模电压始终保持为Udc/2不变，本发明可以有效抑制逆变器的对地漏电流，具有拓扑结构简单、效率高、调制策略简单等优点，并且该逆变器的开关调制策略能够避免因电网功率波动影响或工作于非单位功率因数而导致的电流波形畸变。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
技术领域
本发明属于电力电子技术光伏并网发电技术领域，具体涉及一种高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路及其控制方法。
背景技术
随着传统能源的日益枯竭，新型可再生能源的开发受到广泛关注，其中太阳能光伏发电因其安全无污染和资源丰富等特点，在近些年得到快速发展。然而，光伏电池板的光电转换效率较低且成本很高。因此，如何通过提升电力电子变流装置的效率来降低光伏发电系统的成本，成为研究热点之一。就光伏并网发电系统而言，单相无变压器型并网逆变结构具有变换效率高、结构简单、系统成本低等优势，成为分布式光伏并网发电系统研究和产业化的主流之一。
然而，在单相无变压器型光伏并网逆变系统中，光伏阵列与大地之间存在较大的对地寄生电容。如果对地寄生电容上存在高频电压脉动，则会产生较大的对地漏电流。对地漏电流一方面增加了并网电流的谐波，恶化了并网电流品质；另一方面造成了潜在的安全隐患，降低了并网系统的安全裕度。
为了解决该问题，研究者们最常用的方法是改进电路的拓扑。通过增添辅助电路，强制改变续流回路，使得续流阶段太阳能电池板与电网脱离，从而有效抑制了漏电流。
发明内容
本发明针对现有的光伏并网逆变器存在较大的对地漏电流，一方面增加并网电流谐波，另一方面存在安全隐患等问题，提出了一种高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路及其控制方法。该单相逆变电路保证系统的共模电压保持为Udc/2不变，从而使共模漏电流的大小得到抑制，同时在续流状态下电路的的拓扑结构可以将光伏模块和电网隔离，避免功率交换，从而提高了效率，此外这种新型的拓扑结构采用的开关调制方式还能保证逆变器在单位功率因数运行时不受电流过零点畸变的影响。
本发明电路采用的技术方案为：一种高效低漏电流的七开关光伏并网逆变器拓扑，包括：一个滤波电容Cdc，第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7和第一滤波电感L1、第二滤波电感L2。
所述的第五开关管S5的集电极分别与直流源的正极和滤波电容Cdc正极相连，第六开关管S6的发射极分别与直流源的负极和滤波电容Cdc负极相连，第七开关管S7的集电极分别与第五开关管S5的发射极和第一开关管S1的集电极相连，第七开关管S7的发射极分别与第六开关管S6的集电极和第二开关管S2的发射极相连，第一开关管S1的发射极与第二开关管S2的集电极相连，第三开关管S3的发射极与第四开关管S4的集电极相连，第一开关管S1的集电极与第三开关管S3的集电极相连，第二开关管S2的发射极与第四开关管S4的发射极相连，第一滤波电感L1的一端与第一开关管S1的发射极相连，L1的另一端与电网的火线L相连，第二滤波电感L2的一端与第四开关管S4的集电极相连，L2的另一端与电网的中线N相连。
在上述技术方案的基础上，所述开关管为绝缘栅双极型功率管IGBT，或为金属-氧化层-半导体-场效晶体管MOSFET。
本发明的调制方法的技术方案为：
在电网电压的正半周期，第一、四、五、六开关管S1、S4、S5、S6由高频调制信号触发控制，同时导通和关断，第七开关管S7则由与其互补的高频调制信号触发控制；逆变电路处于功率输出阶段时，开关管S1、S4、S5和S6导通，开关管S7关断，此时共模电压Ucm＝Udc/2；逆变器处于零电压续流阶段时，开关管S1、S4、S5和S6关断，开关管S7导通，此时共模电压保持为Ucm＝Udc/2；
在电网电压的负半周期，第二、三、五、六开关管S2、S3、S5、S6由高频调制信号触发控制，同时导通和关断，第七开关管S7则由与其互补的高频调制信号触发控制；逆变电路处于功率输出阶段时，开关管S2、S3、S5和S6导通，开关管S7关断，此时共模电压Ucm＝Udc/2，逆变电路处于零电压续流阶段时，开关管S2、S3、S5和S6关断，开关管S7导通，此时共模电压保持为Ucm＝Udc/2。
本发明的有益效果为：一种高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路，逆变电路的共模电压始终保持为Udc/2不变，能够有效抑制逆变器的对地漏电流，电路拓扑结构简单，运行效率高、可靠性好；采用的调制方法简单，能够保证逆变器在单位功率因数运行时不受电流过零点畸变的影响，能够避免因电网功率波动影响或工作于非单位功率因数而导致的电流波形畸变。提高逆变器安全系数，实现对输出电能质量的改善。
附图说明
图1高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路拓扑结构示意图；
图2逆变电路开关调制方法示意图；
图3逆变电路处于电网电压正半周时功率传输阶段的模态示意图；
图4逆变电路处于电网电压正半周时续流阶段的模态示意图；
图5逆变电路处于电网电压负半周时功率传输阶段的模态示意图；
图6逆变电路处于电网电压负半周时续流阶段的模态示意图；
图7逆变电路流入电网电流和光伏并网发电系统漏电流的仿真波形图。
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。
如图1所示，本发明提供的高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路拓扑结构示意图，包括：一个滤波电容Cdc，第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7和第一滤波电感L1、第二滤波电感L2。
所述的第五开关管S5的集电极分别与直流源的正极和滤波电容Cdc正极相连，第六开关管S6的发射极分别与直流源的负极和滤波电容Cdc负极相连，第七开关管S7的集电极分别与第五开关管S5的发射极和第一开关管S1的集电极相连，第七开关管S7的发射极分别与第六开关管S6的集电极和第二开关管S2的发射极相连，第一开关管S1的发射极与第二开关管S2的集电极相连，第三开关管S3的发射极与第四开关管S4的集电极相连，第一开关管S1的集电极与第三开关管S3的集电极相连，第二开关管S2的发射极与第四开关管S4的发射极相连，第一滤波电感L1的一端与第一开关管S1的发射极相连，L1的另一端与电网的火线L相连，第二滤波电感L2的一端与第四开关管S4的集电极相连，L2的另一端与电网的中线N相连。
本发明逆变电路的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，本实施例选用的高频开关频率为16kHz，其调制方法如附图2所示。
图3-图6中分别给出了本发明所述逆变电路的四种工作状态，箭头方向即为逆变电流方向。
图3和图4分别为光伏并网系统中高效低漏电流的七开关光伏并网逆变器在电网电压正半周期的工作原理示意图，第一、四、五、六开关管S1、S4、S5、S6由高频调制信号触发控制，同时导通和关断，第七开关管S7则由与其互补的高频调制信号触发控制。
电网电压正半周时的功率传输阶段，如图3所示，此阶段：第一、四、五、六开关管S1、S4、S5、S6同时导通，第七开关管S7关断，电流流经直流侧正极，第五开关管S5、第一开关管S1、第一滤波电感L1、交流侧电网、第二滤波电感L2、第四开关管S4、第六开关管S6、直流侧负极，直流侧输出电流至交流侧，所述拓扑的共模电压为Udc/2。
电网电压正半周时的续流阶段，如图4所示，此阶段：第一、四、五、六开关管S1、S4、S5、S6同时关断，第七开关管S7导通、电流流经第七开关管S7、第二开关管S2的反并联二极管、第一滤波电感L1、交流侧电网、第二滤波电感L2、第三开关管S3的反并联二极管，所述拓扑的共模电压为Udc/2。
图5和图6分别为光伏并网系统中高效低漏电流的七开关光伏并网逆变器在电网电压负半周期的工作原理示意图，第二、三、五、六开关管S2、S3、S5、S6由高频调制信号触发控制，同时导通和关断，第七开关管S7则由与其互补的高频调制信号触发控制。
电网电压负半周时的功率传输阶段，如图5所示，此阶段：第二、三、五、六开关管S2、S3、S5、S6同时导通，第七开关管S7关断，电流流经直流侧正极，第五开关管S5、第三开关管S3、第二滤波电感L2、交流侧电网、第一滤波电感L1、第二开关管S2、第六开关管S6、直流侧负极，直流侧输出电流至交流侧，所述拓扑的共模电压为Udc/2。
电网电压负半周时的续流阶段，如图6所示，此阶段：第二、三、五、六开关管S2、S3、S5、S6同时关断，第七开关管S7导通，电流流经第七开关管S7、第四开关管S4的反并联二极管、第二滤波电感L2、交流侧电网、第一滤波电感L1、第一开关管S1的反并联二极管，所述拓扑的共模电压为Udc/2。
根据上述具体实施方案，仿真出本发明逆变器拓扑流入电网的电流波形和光伏并网发电系统的漏电流波形，理论上来说，四种模态下共模电压恒为Udc/2不变，漏电流应为零，但实际情况受到各种因素影响，如考虑到功率器件的非理想特性的影响，电路中的寄生参数与输出电感等构成电气谐振回路，破坏了共模电压恒定的理论假设，会产生漏电流。由图7可见，进网电流为规整的正弦波，漏电流的值在横坐标0值左右，安规标准中，漏电流不得超出300mA，由图可知，漏电流的峰值在0.08A左右，因此，符合安规标准。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改和等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围。
Claims (3)
1.一种高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路，其特征在于，包括：一个滤波电容Cdc，第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7和第一滤波电感L1、第二滤波电感L2；
所述的第五开关管S5的集电极分别与直流源的正极和滤波电容Cdc正极相连，第六开关管S6的发射极分别与直流源的负极和滤波电容Cdc负极相连，第七开关管S7的集电极分别与第五开关管S5的发射极和第一开关管S1的集电极相连，第七开关管S7的发射极分别与第六开关管S6的集电极和第二开关管S2的发射极相连，第一开关管S1的发射极与第二开关管S2的集电极相连，第三开关管S3的发射极与第四开关管S4的集电极相连，第一开关管S1的集电极与第三开关管S3的集电极相连，第二开关管S2的发射极与第四开关管S4的发射极相连，第一滤波电感L1的一端与第一开关管S1的发射极相连，L1的另一端与电网的火线L相连，第二滤波电感L2的一端与第四开关管S4的集电极相连，L2的另一端与电网的中线N相连。
2.根据权利要求1所述的高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路，其特征在于：所述开关管为绝缘栅双极型功率管IGBT，或为金属-氧化层-半导体-场效晶体管MOSFET。
3.根据权利要求1所述的一种高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路的调制方法，其特征在于：分为以下工作阶段：
在电网电压的正半周期，第一、四、五、六开关管S1、S4、S5、S6由高频调制信号触发控制，同时导通和关断，第七开关管S7则由与其互补的高频调制信号触发控制；逆变电路处于功率输出阶段时，开关管S1、S4、S5和S6导通，开关管S7关断，此时共模电压Ucm＝Udc/2；逆变器处于零电压续流阶段时，开关管S1、S4、S5和S6关断，开关管S7导通，此时共模电压保持为Ucm＝Udc/2；
在电网电压的负半周期，第二、三、五、六开关管S2、S3、S5、S6由高频调制信号触发控制，同时导通和关断，第七开关管S7则由与其互补的高频调制信号触发控制；逆变电路处于功率输出阶段时，开关管S2、S3、S5和S6导通，开关管S7关断，此时共模电压Ucm＝Udc/2，逆变电路处于零电压续流阶段时，开关管S2、S3、S5和S6关断，开关管S7导通，此时共模电压保持为Ucm＝Udc/2。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610046099.8A CN105656077A (zh) | 2016-01-22 | 2016-01-22 | 一种高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路及其调制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610046099.8A CN105656077A (zh) | 2016-01-22 | 2016-01-22 | 一种高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路及其调制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105656077A true CN105656077A (zh) | 2016-06-08 |
Family
ID=56486777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610046099.8A Pending CN105656077A (zh) | 2016-01-22 | 2016-01-22 | 一种高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路及其调制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105656077A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106411171A (zh) * | 2016-10-14 | 2017-02-15 | 江苏大学 | 一种有源钳位的无变压器型低漏电流光伏并网逆变电路及其调制方法 |
| CN106712110A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-05-24 | 燕山大学 | 一种电流源并网变换器及控制方法 |
| CN111327222A (zh) * | 2019-05-28 | 2020-06-23 | 南昌杜迪电子技术有限公司 | 一种变流电路 |
| CN112865581A (zh) * | 2021-01-24 | 2021-05-28 | 深圳鹏城新能科技有限公司 | 一种单相逆变电路及其控制方法 |
| CN113364322A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-09-07 | 湖南珂拓电子科技有限公司 | 单相单级电流源型逆变器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102427303A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-04-25 | 阳光电源股份有限公司 | 一种单相逆变器 |
| CN102684522A (zh) * | 2011-03-09 | 2012-09-19 | 上海康威特吉能源技术有限公司 | 一种非隔离光伏并网逆变器及其控制方法 |
| CN103746591A (zh) * | 2013-12-20 | 2014-04-23 | 北京交通大学 | 一种h6单相非隔离光伏并网逆变器及其调制方法 |
| CN104065286A (zh) * | 2014-04-01 | 2014-09-24 | 燕山大学 | 一种三相无变压器型光伏逆变器及控制方法 |
| CN104967350A (zh) * | 2015-07-20 | 2015-10-07 | 安徽大学 | 一种高效率h7型单相非隔离并网逆变器 |
-
2016
- 2016-01-22 CN CN201610046099.8A patent/CN105656077A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102684522A (zh) * | 2011-03-09 | 2012-09-19 | 上海康威特吉能源技术有限公司 | 一种非隔离光伏并网逆变器及其控制方法 |
| CN102427303A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-04-25 | 阳光电源股份有限公司 | 一种单相逆变器 |
| CN103746591A (zh) * | 2013-12-20 | 2014-04-23 | 北京交通大学 | 一种h6单相非隔离光伏并网逆变器及其调制方法 |
| CN104065286A (zh) * | 2014-04-01 | 2014-09-24 | 燕山大学 | 一种三相无变压器型光伏逆变器及控制方法 |
| CN104967350A (zh) * | 2015-07-20 | 2015-10-07 | 安徽大学 | 一种高效率h7型单相非隔离并网逆变器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| BO YANG 等: "Improved transformerless inverter with common-mode leakage current elimination for a photovoltaic grid-connected power system", 《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106411171A (zh) * | 2016-10-14 | 2017-02-15 | 江苏大学 | 一种有源钳位的无变压器型低漏电流光伏并网逆变电路及其调制方法 |
| CN106712110A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-05-24 | 燕山大学 | 一种电流源并网变换器及控制方法 |
| CN111327222A (zh) * | 2019-05-28 | 2020-06-23 | 南昌杜迪电子技术有限公司 | 一种变流电路 |
| CN111327222B (zh) * | 2019-05-28 | 2023-08-08 | 南昌杜迪电子技术有限公司 | 一种变流电路 |
| CN112865581A (zh) * | 2021-01-24 | 2021-05-28 | 深圳鹏城新能科技有限公司 | 一种单相逆变电路及其控制方法 |
| CN113364322A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-09-07 | 湖南珂拓电子科技有限公司 | 单相单级电流源型逆变器 |
| CN113364322B (zh) * | 2021-05-08 | 2022-08-09 | 湖南珂拓电子科技有限公司 | 单相单级电流源型逆变器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102163852B (zh) | 一种中点箝位非隔离光伏并网逆变器 | |
| CN202535290U (zh) | 一种光伏逆变电路 | |
| CN105656077A (zh) | 一种高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路及其调制方法 | |
| CN103166495A (zh) | 单相不对称全桥非隔离光伏并网逆变器 | |
| CN205647288U (zh) | 一种非隔离型光伏并网逆变器 | |
| CN103916040B (zh) | 一种逆变器拓扑电路、逆变方法及一种逆变器 | |
| CN102361408A (zh) | 一种非隔离光伏并网逆变器及其开关控制时序 | |
| CN202513843U (zh) | 全桥并网逆变器 | |
| CN103199727A (zh) | 一种零电流转换全桥型非隔离光伏并网逆变器 | |
| CN101667793B (zh) | 一种并网逆变器 | |
| CN103178739A (zh) | 一种零电压转换全桥型非隔离光伏并网逆变器 | |
| CN201536328U (zh) | 一种并网逆变器 | |
| CN104410310A (zh) | 用于抑制共模漏电流的中点箝位型h桥光伏逆变器及方法 | |
| CN102684530A (zh) | 一种具有无功补偿功能的无变压器型逆变器的控制方法 | |
| CN201994871U (zh) | 光伏并网六开关管全桥逆变器 | |
| CN107404249B (zh) | 一种低漏电流并网逆变电路及其控制方法 | |
| Khan et al. | Novel high efficiency h-bridge transformerless inverter for grid-connected single-phase photovoltaic systems | |
| CN104682762B (zh) | 一种低漏电流并网逆变器 | |
| CN102195507A (zh) | 无变压器并网逆变电路 | |
| CN201515320U (zh) | 一种并网逆变器 | |
| CN102882228A (zh) | 一种单相非隔离型光伏并网逆变器 | |
| CN205304268U (zh) | 一种交错并联型光伏并网逆变器 | |
| CN102231606A (zh) | 无变压器的并网逆变电路 | |
| Liao et al. | Analysis on topology derivation of single-phase transformerless photovoltaic grid-connect inverters | |
| CN102412748B (zh) | 一种光伏并网逆变器及其控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160608 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |