CN107800314B - 一种单相变换器、控制方法以及光伏发电系统 - Google Patents

一种单相变换器、控制方法以及光伏发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种单相变换器、控制方法以及光伏发电系统，该单相变换器包括：储能电容，第一开关支路，第二开关支路，第三开关支路、第四开关支路以及电感。其中，第一开关支路用于在导通时为储能电容充电或为电感提供续流回路。第二开关支路用于在导通时为电感提供第一方向的供电电流。第三开关支路用于在导通时为电感提供第二方向的供电电流，其中，第一方向与第二方向互为相反方向。第四开关支路用于为电感提供续流回路或为储能电容充电。在本方案中，只需使用一个电感即可实现减少漏电流的作用，电路结构相对简单。且，第二开关支路以及第三开关支路可只选用一个开关管，实现对电感的储能，减少了开关管的使用数量，节约成本。

Description

一种单相变换器、控制方法以及光伏发电系统
技术领域
本发明涉及新能源发电技术领域，具体涉及一种单相变换器、控制方法以及光伏发电系统。
背景技术
随着新能源的不断发展，对光伏发电系统的发电效率的要求也越来越高。其中，DCAC变换器作为光伏发电系统的核心器件，直接影响光伏发电系统的转换效率。
然而，目前的DCAC变换器的电路结构会产生漏电流，进而危害人身安全。为了减少漏电流的危害，通常本领域技术人员会在DCAC变换器上增设隔离变压器，以对漏电流进行隔离。但，增加隔离变压器会导致整个光伏发电系统的成本增加且系统发电效率降低。
除此，还可以采用如图1所示的变换器结构，其在H4桥的两个桥臂中点(A以及B点)处增加了一组双向开关(Q5以及Q6)，以提供零电平续流回路，进而减少漏电流。但发明人发现，该变换器结构需要两个滤波电感(L2以及L3)，电路结构复杂。
因此，如何提供一种单相变换器，既能减少漏电流，又能电路结构简单，是本领域技术人员亟待解决的一大技术难题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种单相变换器、控制方法以及光伏发电系统，其电路结构简单。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种单相变换器，包括：储能电容，第一开关支路，第二开关支路，第三开关支路、第四开关支路以及电感；
第一开关支路连接在外接光伏组件的输出正端以及储能电容的第一端之间，用于在导通时为储能电容充电，或为所述电感提供续流回路；
第二开关支路连接在外接光伏组件的输出正端以及电感的第一端之间，用于在导通时为电感提供第一方向的供电电流；
第三开关支路连接在储能电容的第一端以及电感的第二端之间，用于在导通时为电感提供第二方向的供电电流，第一方向与第二方向互为相反方向；
第四开关支路连接在电感的第一端以及电感的第二端之间，用于为所述电感提供续流回路，或为所述储能电容充电。
可选的，第一开关支路包括第一二极管和第一开关管，第二开关支路包括第二开关管，第三开关支路包括第三开关管，第四开关支路包括串联连接的第四开关管以及第五开关管；
第一二极管与第一开关管相串联，且第一二极管的负极靠近储能电容的第一端；
第二开关管的第一端作为第二开关支路的第一端，第二开关管的第二端作为第二开关支路的第二端；
第三开关管的第一端作为第三开关支路的第一端，第三开关管的第二端作为第三开关支路的第二端；
第四开关管的第一端作为第四开关支路的第一端，第四开关管的第二端与第五开关管的第一端相连，第五开关管的第二端作为第四开关支路的第二端。
可选的，第一开关支路包括串联连接的第六开关管以及第七开关管，第二开关支路包括第八开关管，第三开关支路包括第九开关管，第四开关支路包括第十开关管；
第六开关管的第一端作为第以开关支路的第一端，第六开关管的第二端与第七开关管的第一端相连，第七开关管的第二端作为第一开关支路的第二端；
第八开关管的第一端作为第二开关支路的第一端，第八开关管的第二端作为第二开关支路的第二端；
第九开关管的第一端作为第三开关支路的第一端，第九开关管的第二端作为第三开关支路的第二端；
第十开关管的第一端作为第四开关支路的第一端，第十开关管的第二端作为第四开关支路的第二端。
可选的，还包括：滤波电容；
滤波电容并联连接在单相变换器的第一输出端以及第二输出端之间。
可选的，第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管以及第十开关管为IGBT或MOS管。
一种单相变换器的控制方法，应用于上述的单相变换器，控制方法包括：
第一工作模态，控制第二开关管导通，控制第三开关管、第四开关管以及第五开关管关断；
第二工作模态，控制第四开关管导通，控制第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第五开关管关断；
第三工作模态，控制第三开关管导通，控制第一开关管、第二开关管、第四开关管以及第五开关管关断；
第四工作模态，控制第五开关管导通，控制第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管关断。
一种单相变换器的控制方法，应用于上述的单相变换器，控制方法包括：
第一工作模态，控制第八开关管导通，控制第六开关管、第七开关管、第九开关管以及第十开关管关断；
第二工作模态，控制第七开关管导通，控制第六开关管、第八开关管、第九开关管以及第十开关管关断；
第三工作模态，控制第九开关管导通，控制第六开关管、第七开关管、第八开关管以及第十开关管关断；
第四工作模态，控制第十开关管导通，控制第六开关管、第七开关管、第八开关管以及第九开关管关断。
一种光伏发电系统，包括任意一项上述的单相变换器。
基于上述技术方案，本发明实施例提供了一种单相变换器，包括：储能电容，第一开关支路，第二开关支路，第三开关支路、第四开关支路以及电感。其中，第一开关支路连接在外接光伏组件的输出正端以及储能电容的第一端之间，用于在导通时为储能电容充电或为电感提供续流回路。第二开关支路连接在外接光伏组件的输出正端以及电感的第一端之间，用于在导通时为电感提供第一方向的供电电流。第三开关支路连接在储能电容的第一端以及电感的第二端之间，用于在导通时为电感提供第二方向的供电电流，第一方向与第二方向互为相反方向。第四开关支路连接在电感的第一端以及电感的第二端之间，用于为电感提供续流回路或为储能电容充电。在本方案中，只需使用一个电感，即可实现减少漏电流的作用，电路结构相对简单。且，第二开关支路以及第三开关支路可只选用一个开关管，实现对电感的储能，减少了开关管的使用数量，节约成本。
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为常规的变换器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种单相变换器的电路示意图；
图3为本发明实施例提供的一种单相变换器的又一电路示意图；
图4为本发明实施例提供的一种单相变换器的又一电路示意图；
图5为本发明实施例提供的一种单相变换器的又一电路示意图。
具体实施方式
请参阅图2，图2为本发明实施例提供的一种单相变换器的电路示意图，该单相变换器包括：储能电容C2，第一开关支路101，第二开关支路102，第三开关支路103、第四开关支路104以及电感L。
其中，第一开关支路101连接在外接光伏组件的输出正端PV+以及储能电容C2的第一端之间，用于在导通时为储能电容C2充电，或为所述电感L提供续流回路。第二开关支路102连接在外接光伏组件的输出正端PV+以及电感L的第一端之间，用于在导通时为电感提供第一方向的供电电流。第三开关支路103连接在储能电容C2的第一端以及电感L的第二端之间，用于在导通时为电感提供第二方向的供电电流，其中，第一方向与第二方向互为相反方向。第四开关支路104连接在电感L的第一端以及电感L的第二端之间，用于为所述电感L提供续流回路，或为所述储能电容C2充电。
可见，在本方案中，只需使用一个电感即可实现减少漏电流的作用，电路结构相对简单。且，第二开关支路以及第三开关支路可只选用一个开关管，实现对电感的储能，减少了开关管的使用数量，节约成本。
在上述实施例的基础上，如图3-图5所示，本实施例提供了几种开关支路的具体实现电路，具体的，如图3所示，第一开关支路包括第一二极管D11和第一开关管Q1，第二开关支路包括第二开关管Q2，第三开关支路包括第三开关管Q3，第四开关支路包括串联连接的第四开关管Q4以及第五开关管Q5。
其中，第一二极管D11与第一开关管Q1相串联，且第一二极管D11的负极靠近储能电容C2的第一端。第二开关管Q2的第一端作为第二开关支路的第一端，第二开关管Q2的第二端作为第二开关支路的第二端。第三开关管Q3的第一端作为第三开关支路的第一端，第三开关管Q3的第二端作为第三开关支路的第二端。第四开关管Q4的第一端作为第四开关支路的第一端，第四开关管Q4的第二端与第五开关管Q5的第一端相连，第五开关管Q5的第二端作为第四开关支路的第二端。
其工作原理如下：
第一工作模态，控制第二开关管导通，控制第三开关管、第四开关管以及第五开关管关断；
第二工作模态，控制第四开关管导通，控制第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第五开关管关断；
第三工作模态，控制第三开关管导通，控制第一开关管、第二开关管、第四开关管以及第五开关管关断；
第四工作模态，控制第五开关管导通，控制第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管关断。
除此，如图4所示，第一开关支路可以包括第一二极管D11和第一开关管Q1，第二开关支路可以包括第二开关管Q2以及第一开关管Q1，第三开关支路包括第三开关管Q3，第四开关支路包括串联连接的第四开关管Q4以及第五开关管Q5。
需要说明的是，此时，第一开关支路以及第二开关支路可以共用第一开关管Q1，即，由第一开关管Q1与第一二极管D11串联后的支路构成第一开关支路，由第一开关管Q1与第二开关管Q2串联后的支路构成第二开关支路。
当然，第一开关支路与第二开关支路还可以为独立的支路，即不共用同一开关管，例如，第一开关支路包括第一开关管以及第一二极管，第二开关支路包括第二开关管以及第十一开关管(图中未示出)。而无论是那种具体实现电路，第一开关支路以及第二开关支路只需实现上述电路功能即可。
具体的，图4中，第一二极管D11与第一开关管Q1相串联，且第一二极管D11的负极靠近储能电容C2的第一端，其中，第一开关管的第一端作为第一开关支路的第一端，二极管的负极作为第一开关支路的第二端。第一开关管Q1的第一端作为第二开关支路的第一端，第二开关管Q2的第二端作为第二开关支路的第二端。第三开关管Q3的第一端作为第三开关支路的第一端，第三开关管Q3的第二端作为第三开关支路的第二端。第四开关管Q4的第一端作为第四开关支路的第一端，第四开关管Q4的第二端与第五开关管Q5的第一端相连，第五开关管Q5的第二端作为第四开关支路的第二端。
其工作原理如下：
第一工作模态，控制第一开关管以及第二开关管导通，控制第三开关管、第四开关管以及第五开关管关断；
第二工作模态，控制第四开关管导通，控制第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第五开关管关断；
第三工作模态，控制第三开关管导通，控制第一开关管、第二开关管、第四开关管以及第五开关管关断；
第四工作模态，控制第五开关管导通，控制第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管关断。
除此，本实施例提供的单相变换器中，各开关支路还可以如图5所示，其中，第一开关支路包括串联连接的第六开关管以及第七开关管，第二开关支路包括第八开关管，第三开关支路包括第九开关管，第四开关支路包括第十开关管以及第二二极管。
具体的，第六开关管的第一端作为第以开关支路的第一端，第六开关管的第二端与第七开关管的第一端相连，第七开关管的第二端作为第一开关支路的第二端。
第八开关管的第一端作为第二开关支路的第一端，第八开关管的第二端作为第二开关支路的第二端。
第九开关管的第一端作为第三开关支路的第一端，第九开关管的第二端作为第三开关支路的第二端。
第二二极管的正极作为第四开关支路的第一端，第十开关管的第二端作为第四开关支路的第二端。
其工作原理如下：
第一工作模态，控制第八开关管导通，控制第六开关管、第七开关管、第九开关管以及第十开关管关断；
第二工作模态，控制第七开关管导通，控制第六开关管、第八开关管、第九开关管以及第十开关管关断；
第三工作模态，控制第九开关管导通，控制第六开关管、第七开关管、第八开关管以及第十开关管关断；
第四工作模态，控制第十开关管导通，控制第六开关管、第七开关管、第八开关管以及第九开关管关断。
优选的，在上述实施例的基础上，本实施例提供的单相变换器，还包括：滤波电容C3。其中，滤波电容C3并联连接在单相变换器的第一输出端以及第二输出端之间，用于实现滤波功能。
除此，在本实施例中第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管以及第十开关管可以为IGBT或MOS管。
除此，本实施例还提供了一种光伏发电系统，包括任意一项上述的单相变换器。该光伏发电系统的工作原理以及技术效果请参见上述单相变换器的工作原理以及技术效果，在此不重复叙述。
综上，本发明实施例提供了一种单相变换器、控制方法以及光伏发电系统，该单相变换器包括：储能电容，第一开关支路，第二开关支路，第三开关支路、第四开关支路以及电感。其中，第一开关支路连接在外接光伏组件的输出正端以及储能电容的第一端之间，用于在导通时为储能电容充电或为电感提供续流回路。第二开关支路连接在外接光伏组件的输出正端以及电感的第一端之间，用于在导通时为电感提供第一方向的供电电流。第三开关支路连接在储能电容的第一端以及电感的第二端之间，用于在导通时为电感提供第二方向的供电电流，第一方向与第二方向互为相反方向。第四开关支路连接在电感的第一端以及电感的第二端之间，用于为电感提供续流回路或为储能电容充电。在本方案中，只需使用一个电感即可实现减少漏电流的作用，电路结构相对简单。且，第二开关支路以及第三开关支路可只选用一个开关管，实现对电感的储能，减少了开关管的使用数量，节约成本。
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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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 (9)

1.一种单相变换器，其特征在于，包括：储能电容，第一开关支路，第二开关支路，第三开关支路、第四开关支路以及电感；
所述第一开关支路连接在外接光伏组件的输出正端以及储能电容的第一端之间，用于在导通时为所述储能电容充电，或为所述电感提供续流回路；
所述第二开关支路连接在所述外接光伏组件的输出正端以及电感的第一端之间，用于在导通时为所述电感提供第一方向的供电电流；
所述第三开关支路连接在所述储能电容的第一端以及所述电感的第二端之间，用于在导通时为所述电感提供第二方向的供电电流，所述第一方向与所述第二方向互为相反方向；
所述第四开关支路连接在所述电感的第一端以及所述电感的第二端之间，用于为所述电感提供续流回路，或为所述储能电容充电。
2.根据权利要求1所述的单相变换器，其特征在于，所述第一开关支路包括第一二极管和第一开关管，所述第二开关支路包括第二开关管，所述第三开关支路包括第三开关管，所述第四开关支路包括串联连接的第四开关管以及第五开关管；
所述第一二极管与所述第一开关管相串联，且所述第一二极管的负极靠近所述储能电容的第一端；
所述第二开关管的第一端作为所述第二开关支路的第一端，所述第二开关管的第二端作为所述第二开关支路的第二端；
所述第三开关管的第一端作为所述第三开关支路的第一端，所述第三开关管的第二端作为所述第三开关支路的第二端；
所述第四开关管的第一端作为所述第四开关支路的第一端，所述第四开关管的第二端与所述第五开关管的第一端相连，所述第五开关管的第二端作为所述第四开关支路的第二端。
3.根据权利要求1所述的单相变换器，其特征在于，所述第一开关支路包括串联连接的第六开关管以及第七开关管，所述第二开关支路包括第八开关管，所述第三开关支路包括第九开关管，所述第四开关支路包括第十开关管；
所述第六开关管的第一端作为所述第一开关支路的第一端，所述第六开关管的第二端与所述第七开关管的第一端相连，所述第七开关管的第二端作为所述第一开关支路的第二端；
所述第八开关管的第一端作为所述第二开关支路的第一端，所述第八开关管的第二端作为所述第二开关支路的第二端；
所述第九开关管的第一端作为所述第三开关支路的第一端，所述第九开关管的第二端作为所述第三开关支路的第二端；
所述第十开关管的第一端作为所述第四开关支路的第一端，所述第十开关管的第二端作为所述第四开关支路的第二端。
4.根据权利要求2或3所述的单相变换器，其特征在于，还包括：滤波电容；
所述滤波电容并联连接在所述单相变换器的第一输出端以及第二输出端之间。
5.根据权利要求2所述的单相变换器，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管为IGBT或MOS管。
6.根据权利要求3所述的单相变换器，其特征在于，所述第六开关管、所述第七开关管、所述第八开关管、所述第九开关管以及所述第十开关管为IGBT或MOS管。
7.一种单相变换器的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求2所述的单相变换器，所述控制方法包括：
第一工作模态，控制所述第二开关管导通，控制所述第三开关管、所述第四开关管以及所述第五开关管关断；
第二工作模态，控制所述第四开关管导通，控制所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管以及所述第五开关管关断；
第三工作模态，控制所述第三开关管导通，控制所述第一开关管、所述第二开关管、所述第四开关管以及所述第五开关管关断；
第四工作模态，控制所述第五开关管导通，控制所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管以及所述第四开关管关断。
8.一种单相变换器的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求3所述的单相变换器，所述控制方法包括：
第一工作模态，控制所述第八开关管导通，控制所述第六开关管、所述第七开关管、所述第九开关管以及所述第十开关管关断；
第二工作模态，控制所述第七开关管导通，控制所述第六开关管、所述第八开关管、所述第九开关管以及所述第十开关管关断；
第三工作模态，控制所述第九开关管导通，控制所述第六开关管、所述第七开关管、所述第八开关管以及所述第十开关管关断；
第四工作模态，控制所述第十开关管导通，控制所述第六开关管、所述第七开关管、所述第八开关管以及所述第九开关管关断。
9.一种光伏发电系统，其特征在于，包括如权利要求1-6中任意一项所述的单相变换器。
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