CN107070280A - 并网逆变器和逆变系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种并网逆变器和逆变系统。其中，该方法包括：辅助电路，用于提供第一续流路径和第二续流路径，其中，辅助电路包括：第一开关管，源极与并网逆变器的第一端口连接，栅极为控制端；第一二极管，正极与第一开关管的漏极连接；第二开关管，漏极与第一二极管的负极连接，源极与并网逆变器的第二端口连接，栅极为控制端；第二二极管，正极与第二开关管的漏极连接，负极与第一开关管的漏极连接，其中，第一开关管、第一二极管以及第二开关管构成第一续流路径，第一开关管、第二二极管以及第二开关管形成第二续流路径，其中，第一端口和第二端口与电网连接。本发明解决了逆变器的工作效率低的技术问题。

Description

并网逆变器和逆变系统
技术领域
本发明涉及电力领域，具体而言，涉及一种并网逆变器和逆变系统。
背景技术
并网逆变器分隔离并网逆变器和不隔离并网逆变器，隔离并网逆变器分为工频隔离和高频隔离。工频隔离并网逆变器体积大、笨重并且效率低；高频隔离并网逆变器相对于不隔离并网逆变器效率却较低，并且高频隔离并网逆变器的控制比较复杂。
其中，单相不隔离并网逆变器现在一般采用全桥逆变电路，如图1。不隔离并网逆变器有双极性调制和单极性调制工作模式：
1.双极性调制工作模式：如图1，当电网正半周时，S1、S4同时导通，S2、S3截止。电流路径为：Vdc+→S1→L1→Grid→L2→S4→Vdc-；当S1、S4同时截止时，S2、S3同时导通。电流路径为：Grid→L2→D2→C→D3→L1。电网负半周时与电网正半周对称，在这里不再赘述。S1、S4、S2、S3均工作在高频，双极性调制晶体管开关损耗较大，逆变器效率偏低。
2.单性调制工作模式：单极性调制工作的全桥单相逆变拓扑中的4个晶体管，其中2个晶体管是工作在工频，另外2个晶体管是工作在高频。如图1，当电网正半周时，S1、S4同时导通，S2、S3截止，电流路径为：Vdc+→S1→L1→Grid→L2→S4→Vdc-；当S1断开时，S4仍导通，并且此时S2、S3仍保持截止，电流路径为：Grid→L2→S4→D3→L1。电网负半周时与电网正半周对称。
进一步地，采用单极性调制时，逆变器中晶体管的高频通断会产生高频时变电压作用在寄生电容上，产生较大共模漏电流，降低逆变器效率，也影响EMC性能。其中，寄生电容是太阳能电池板对大地有寄生电容。逆变器中晶体管的高频通断会产生高频时变电压作用在寄生电容上，这样就会产生较大的共模漏电流，这样降低了逆变器效率，也影响EMC(Electro Magnetic Compatibility，即电磁兼容)性能。单相不隔离并网逆变器如果采用双极性调制工作，晶体管开关损耗较大，逆变器效率低。如果采用单极性调制工作，由于有较大共模漏电流，逆变器效率也会降低，并且也影响EMC性能。
针对上述逆变器效率低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
本发明内容
本发明实施例提供了一种并网逆变器和逆变系统，以至少解决逆变器的工作效率低的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种并网逆变器，包括：辅助电路，用于提供第一续流路径和第二续流路径，其中，所述辅助电路包括：第一开关管，源极与并网逆变器的第一端口连接，栅极为控制端；第一二极管，正极与所述第一开关管的漏极连接；第二开关管，漏极与所述第一二极管的负极连接，源极与所述并网逆变器的第二端口连接，栅极为控制端；第二二极管，正极与所述第二开关管的漏极连接，负极与所述第一开关管的漏极连接，其中，所述第一开关管、所述第一二极管以及所述第二开关管构成第一续流路径，所述第一开关管、所述第二二极管以及所述第二开关管形成第二续流路径，其中，所述第一端口和所述第二端口与电网连接。
进一步地，所述辅助电路还包括：第三二极管，正极与所述第一开关管的源极连接，负极与所述第一开关管的漏极连接；第四二极管，正极与所述第二开关管的源极连接，负极与所述第二开关管的漏极连接。
进一步地，所述第一端口通过第一电感与所述电网连接，所述第二端口通过第二电感与所述电网连接。
进一步地，所述并网逆变器还包括：第三开关管，漏极与并网逆变器的输入端连接，源极与所述第二开关管的漏极连接，栅极为控制端；第四开关管，漏极与并网逆变器的输入端连接，源极与所述第一开关管的漏极连接，栅极为控制端；第五开关管，漏极与所述第二开关管的源极连接，源极与直流电源的负极连接，栅极为控制端；第六开关管，漏极与所述第一开关管的源极连接，源极与所述直流电源的负极连接，栅极为控制端。
进一步地，所述并网逆变器还包括：第五二极管，负极与所述第三开关管的漏极连接，正极与所述第三开关管的源极连接；第六二极管，负极与所述第四开关管的漏极连接，正极与所述第四开关管的源极连接；第七二极管，负极与所述第五开关管的漏极连接，正极与所述第五开关管的源极连接；第八二极管，负极与所述第六开关管的漏极连接，正极与所述第六开关管的源极连接。
根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种逆变系统，该逆变系统包括：上述的并网逆变器。
进一步地，所述逆变系统还包括：直流电源，所述直流电源的正极与所述并网逆变器的输入端的正极连接，所述直流电源的负极与所述并网逆变器的输入端的负极连接。
进一步地，所述逆变系统还包括：滤波电容，一端与所述直流电源的正极连接，另一端与所述直流电源的负极连接。
进一步地，所述直流电源包括：光伏电源、风力电源、以及动力设备电源。
进一步地，所述逆变系统还包括：第一电感，第一端与所述并网逆变器的第一端口连接，第二端与所述电网连接；第二电感，第一端与所述并网逆变器的第二端口连接，第二端与所述电网连接。
在本发明实施例中，并网逆变器增加了辅助电路，用于提供第一续流路径和第二续流路径，其中，辅助电路包括：第一开关管，源极与并网逆变器的第一端口连接，栅极为控制端；第一二极管，正极与第一开关管的漏极连接；第二开关管，漏极与第一二极管的负极连接，源极与并网逆变器的第二端口连接，栅极为控制端；第二二极管，正极与第二开关管的漏极连接，负极与第一开关管的漏极连接，其中，第一开关管、第一二极管以及第二开关管构成第一续流路径，第一开关管、第二二极管以及第二开关管形成第二续流路径，其中，第一端口和第二端口与电网连接。在上述实施例中，通过增加新的带体二极管的晶体管和二极管，使得逆变工作时续流路径不同于双极性调制工作时续流路径和单极性调制工作时续流路径，同时也使逆变工作时续流路径变小，从而避开了双极性调制晶体管开关损耗较大问题，可选地，也抑制了共模漏电流，提高了逆变器效率和EMC性能，进而解决了逆变器的工作效率低的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据现有技术的一种全桥逆变电路的示意图；
图2是根据本发明实施例的一种并网逆变器的新的续流路径；
图3是根据本发明实施例的一种并网逆变器的示意图；
图4是根据本发明实施例的一种电路中晶体管驱动信号的示意图；
图5是根据本发明实施例的一种在电网电压正半周期逆变阶段电流路径的示意图；
图6是根据本发明实施例的一种在电网电压正半周期续流阶段电流路径的示意图；
图7是根据本发明实施例的一种在电网电压负半周期逆变阶段电流路径的示意图；
图8是根据本发明实施例的一种在电网电压负半周期续流阶段电流路径的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的过程、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、产品或设备固有的其它单元。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种并网逆变器，包括：辅助电路，用于提供第一续流路径和第二续流路径，其中，辅助电路包括：第一开关管，源极与并网逆变器的第一端口连接，栅极为控制端；第一二极管，正极与第一开关管的漏极连接；第二开关管，漏极与第一二极管的负极连接，源极与并网逆变器的第二端口连接，栅极为控制端；第二二极管，正极与第二开关管的漏极连接，负极与第一开关管的漏极连接，其中，第一开关管、第一二极管以及第二开关管构成第一续流路径，第一开关管、第二二极管以及第二开关管形成第二续流路径，其中，第一端口和第二端口与电网连接。
图2是根据本发明实施例的一种并网逆变器的新的续流路径的示意图,如图2所示，该续流路径包括：辅助电路，用于提供第一续流路径和第二续流路径，其中，辅助电路包括：第一开关管S6，源极与并网逆变器的第一端口21连接，栅极为控制端；第一二极管D7，正极与第一开关管的漏极连接；第二开关管S5，漏极与第一二极管的负极连接，源极与并网逆变器的第二端口22连接，栅极为控制端；第二二极管D8，正极与第二开关管的漏极连接，负极与第一开关管的漏极连接，其中，第一开关管S6、第一二极管D7以及第二开关管S5构成第一续流路径，第一开关管S6、第二二极管D8 以及第二开关管S5形成第二续流路径，其中，第一端口21与第一电感L2一端相连，第二端口22与第二电感L1一端相连，第一电感L2以及第二电感L1的另外一端均与电网Grid相连。
通过上述实施例，并网逆变器增加了辅助电路，用于提供第一续流路径和第二续流路径，其中，辅助电路包括：第一开关管，源极与并网逆变器的第一端口连接，栅极为控制端；第一二极管，正极与第一开关管的漏极连接；第二开关管，漏极与第一二极管的负极连接，源极与并网逆变器的第二端口连接，栅极为控制端；第二二极管，正极与第二开关管的漏极连接，负极与第一开关管的漏极连接，其中，第一开关管、第一二极管以及第二开关管构成第一续流路径，第一开关管、第二二极管以及第二开关管形成第二续流路径，其中，第一端口与第一电感一端相连，第一电感另外一端与电网相连，第二端口与第二电感一端相连，第二电感另外一端与电网相连。在上述实施例中，通过新增的辅助电路提供了续流路径，该续流路径不经过直流电源侧，使得逆变工作时续流路径变小，并且避开了双极性调制晶体管，降低了开关损耗，解决了现有技术中逆变器的工作效率低的技术问题。
进一步地，增加新的带体二极管的晶体管和二极管，使得逆变工作时续流路径不同于双极性调制工作时续流路径和单极性调制工作时续流路径，同时也使逆变工作时续流路径变小，从而避开了双极性调制晶体管开关损耗较大问题，可选地，也抑制了共模漏电流，提高了逆变器效率和EMC性能，进而解决了逆变器的工作效率低的技术问题。
如图2所示，辅助电路还可以包括：第三二极管，正极与第一开关管的源极连接，负极与第一开关管的漏极连接；第四二极管，正极与第二开关管的源极连接，负极与第二开关管的漏极连接。
具体地，第三二极管D6，正极与第一开关管S6的源极连接，负极与第一开关管S6的漏极连接；第四二极管D5，正极与第二开关管S5的源极连接，负极与第二开关管S5的漏极连接。
进一步地，第一端口通过第一电感与电网连接，第二端口通过第二电感与电网连接。
具体地，第一端口21通过第一电感L2与电网Grid连接，第二端口22通过第二电感L1与电网Grid连接。
进一步地，并网逆变器还包括：第三开关管，漏极与并网逆变器的输入端连接，源极与第二开关管的漏极连接，栅极为控制端；第四开关管，漏极与并网逆变器的输入端连接，源极与第一开关管的漏极连接，栅极为控制端；第五开关管，漏极与第二开关管的源极连接，源极与直流电源的负极连接，栅极为控制端；第六开关管，漏极与第一开关管的源极连接，源极与直流电源的负极连接，栅极为控制端。
图3是根据本发明实施例的一种并网逆变器的示意图，图3所示，第三开关管S1的漏极与并网逆变器的输入端连接，也即第三开关管S1的漏极与并网逆变器的输入端正极连接，源极与第二开关管S5的漏极连接，栅极为控制端；第四开关管S2的漏极与并网逆变器的输入端连接，也即第四开关管S2的漏极与并网逆变器的输入端正极连接，源极与第一开关管S6的漏极连接，栅极为控制端；第五开关管S3的漏极与第二开关管S5的源极连接，源极与直流电源的负极连接，栅极为控制端；第六开关管S4的漏极与第一开关管S6的源极连接，源极与直流电源的负极连接，栅极为控制端。
其中，上述实施例中的控制端用来接收控制器的驱动信号。
可选地，并网逆变器还包括：第五二极管，负极与第三开关管的漏极连接，正极与第三开关管的源极连接；第六二极管，负极与第四开关管的漏极连接，正极与第四开关管的源极连接；第七二极管，负极与第五开关管的漏极连接，正极与第五开关管的源极连接；第八二极管，负极与第六开关管的漏极连接，正极与第六开关管的源极连接。
具体地，如图3所示，第五二极管D1，负极与第三开关管S1的漏极连接，正极与第三开关管S1的源极连接；第六二极管D2，负极与第四开关管S2的漏极连接，正极与第四开关管S2的源极连接；第七二极管D3，负极与第五开关管S3的漏极连接，正极与第五开关管S3的源极连接；第八二极管D4，负极与第六开关管S4的漏极连接，正极与第六开关管S4的源极连接。其中，二极管是电子元件中具有两个电极的装置，只允许电流由单一方向流过。
下面结合图4、图5以及图6，对电网电压为正半周时并网逆变器的工作原理进行解释。如图5所示：当第三开关管S1、第六开关管S4以及第二开关管S5导通，第四开关管S2、第五开关管S3以及第一开关管S6截止，电流路径为：Vdc+→S1→S5→L1→Grid→L2→S4→Vdc-，此时是逆变阶段，其电流路径的示意图如图5所示，这样构成逆变回路向电网输送电流，此时电路中晶体管驱动信号如图4所示。
当第三开关管S1和第六开关管S4断开，第二开关管S5仍保持导通，第四开关管S2、第五开关管S3以及第一开关管S6仍保持截止，由于第二电感L1和第一电感L2电流不能突变，所以电流路径为：Grid→L2→D6→D7→S5→L1，此时是电感续流阶段，其电流路径示意图如图6所示，这样构成电感续流回路向电网输送电流，此时电路中晶体管驱动信号如图4所示。
下面结合图4、图7以及图8，对电网电压为负半周时并网逆变器的工作原理进行解释。如图7所示：第四开关管S2、第五开关管S3以及第一开关管S6导通，第三开关管S1、第六开关管S4以及第二开关管S5截止，此时电流路径为：Vdc+→S2→S6→L2→Grid→L1→S3→Vdc-，此时是逆变阶段，其电流路径示意图如图7，这样构成逆变回路向电网输送电流，此时电路中晶体管驱动信号如图4所示。
当第四开关管S2和第五开关管S3断开，第一开关管S6仍保持导通，第三开关管S1、第六开关管S4以及第二开关管S5仍保持截止，因为第二电感L1和第一电感L2的电流不能突变，所以电流路径为：Grid→L1→D5→D8→S6→L2，此时是电感续流阶段，其电流路径示意图如图8，这样构成电感续流回路向电网输送电流，此时电路中晶体管驱动信号如图4所示。
在电网电压正半周时，第三开关管S1和第六开关管S4以同样的驱动信号作正弦脉宽调制高频开通与关断，第二开关管S5以与电网频率相同的低频开通与关断。在电网电压负半周时，第四开关管S2和第五开关管S3以相同的驱动信号作正弦脉宽调制高频开通与关断。S6以与电网频率相同的低频开通与关断。
本发明实施例通过新增加带体二极管的晶体管S5、S6和二极管D7、D8，在电网电压正负半周第二电感L1、第一电感L2续流时，提供了新的续流路径，续流路径变小，不会像双极性调制晶体管开关那样损耗较大，同时也抑制了共模漏电流，从而提高了逆变器效率和EMC性能。
根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种逆变系统，该逆变系统包括：上述的并网逆变器。
如图3所示，该逆变系统包括：上述的并网逆变器。
进一步地，逆变系统还包括：直流电源，直流电源的正极与并网逆变器的输入端的正极连接，直流电源的负极与并网逆变器的输入端的负极连接。
进一步地，逆变系统还包括：滤波电容，一端与直流电源的正极连接，另一端与直流电源的负极连接。
具体地，逆变系统还包括：滤波电容C，一端与直流电源Vdc的正极连接，另一端与直流电源Vdc的负极连接。
进一步地，直流电源包括：光伏电源、风力电源、以及动力设备电源。
其中，直流电源Vdc的正极和负极都是属于并网逆变器的输入，也就是并网逆变器的输入是直流电源Vdc，输出是第二电感L1、第一电感L2与电网Grid的交接点处，并网逆变器的输入(即直流电源Vdc)经过第二电感L1、第一电感L2与电网Grid的交接点处时交流送到电网Grid。
具体地，并网逆变器，一般可以分为光伏发电并网逆变器、风力发电并网逆变器、动力设备发电并网逆变器以及其他发电设备发电并网逆变器。逆变器主要功能是将直流电转化为交流电。可选地，直流电源包括：光伏电源、风力电源、以及动力设备电源。
进一步地，逆变系统还包括：第一电感，第一端与并网逆变器的第一端口连接，第二端与电网连接；第二电感，第一端与并网逆变器的第二端口连接，第二端与电网连接。
具体地，逆变系统还包括：第一电感L2第一端与并网逆变器的第一端口连接，第二端与电网连接；第二电感L1，第一端与并网逆变器的第二端口连接，第二端与电网连接。
其中，电感(电感线圈)：是用绝缘导线(例如漆包线、纱包线)绕制而成的电磁感应元件，也是电子电路中常用的元器件之一。或者是：用漆包线、纱包线或者塑皮线等在绝缘骨架或磁芯、铁芯上绕制成的一组串联的同轴线匝，它在电路中用字母“L”表示，主要作用是对交流信号进行隔离、滤波或者与电容器、电阻器等组成谐振电路。它也是闭合回路的一种属性。当线圈通过电流后，在线圈后，在线圈中形成磁场感应，感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。也是用来衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种并网逆变器，其特征在于，包括：
辅助电路，用于提供第一续流路径和第二续流路径，其中，所述辅助电路包括：
第一开关管，源极与并网逆变器的第一端口连接，栅极为控制端；
第一二极管，正极与所述第一开关管的漏极连接；
第二开关管，漏极与所述第一二极管的负极连接，源极与所述并网逆变器的第二端口连接，栅极为控制端；
第二二极管，正极与所述第二开关管的漏极连接，负极与所述第一开关管的漏极连接；
其中，所述第一开关管、所述第一二极管以及所述第二开关管构成第一续流路径，所述第一开关管、所述第二二极管以及所述第二开关管形成第二续流路径；
其中，所述第一端口和所述第二端口与电网连接。
2.根据权利要求1所述的并网逆变器，其特征在于，所述辅助电路还包括：
第三二极管，正极与所述第一开关管的源极连接，负极与所述第一开关管的漏极连接；
第四二极管，正极与所述第二开关管的源极连接，负极与所述第二开关管的漏极连接。
3.根据权利要求1所述的并网逆变器，其特征在于，所述第一端口通过第一电感与所述电网连接，所述第二端口通过第二电感与所述电网连接。
4.根据权利要求1所述的并网逆变器，其特征在于，所述并网逆变器还包括：
第三开关管，漏极与并网逆变器的输入端连接，源极与所述第二开关管的漏极连接，栅极为控制端；
第四开关管，漏极与并网逆变器的输入端连接，源极与所述第一开关管的漏极连接，栅极为控制端；
第五开关管，漏极与所述第二开关管的源极连接，源极与直流电源的负极连接，栅极为控制端；
第六开关管，漏极与所述第一开关管的源极连接，源极与所述直流电源的负极连接，栅极为控制端。
5.根据权利要求4所述的并网逆变器，其特征在于，所述并网逆变器还包括：
第五二极管，负极与所述第三开关管的漏极连接，正极与所述第三开关管的源极连接；
第六二极管，负极与所述第四开关管的漏极连接，正极与所述第四开关管的源极连接；
第七二极管，负极与所述第五开关管的漏极连接，正极与所述第五开关管的源极连接；
第八二极管，负极与所述第六开关管的漏极连接，正极与所述第六开关管的源极连接。
6.一种逆变系统，其特征在于，包括：权利要求1至5中任意一项所述的并网逆变器。
7.根据权利要求6所述的逆变系统，其特征在于，所述逆变系统还包括：
直流电源，所述直流电源的正极与所述并网逆变器的输入端的正极连接，所述直流电源的负极与所述并网逆变器的输入端的负极连接。
8.根据权利要求7所述的逆变系统，其特征在于，所述逆变系统还包括：
滤波电容，一端与所述直流电源的正极连接，另一端与所述直流电源的负极连接。
9.根据权利要求7所述的逆变系统，其特征在于，所述直流电源包括：光伏电源、风力电源、以及动力设备电源。
10.根据权利要求6所述的逆变系统，其特征在于，所述逆变系统还包括：
第一电感，第一端与所述并网逆变器的第一端口连接，第二端与所述电网连接；
第二电感，第一端与所述并网逆变器的第二端口连接，第二端与所述电网连接。
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