CN108347191A - 一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构，包括依次连接的光伏阵列PV、钳位电容组、单相全桥逆变器、滤波电路及电网UG，其特征在于还包括抑漏电流电路，所述抑漏电流电路与钳位电容组和滤波电路连接。本发明的一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构，使续流回路的电位钳位在中点电压处，保持中点电压恒定，从而实现减小漏电流的效果，而且由于功率传输模态下，电流流经的开关数量较少，减少了损耗，具有更好的共模特性和更高的效率。

Description

一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构。
背景技术
光伏并网逆变器是向电网输送功率的能量变换装置，同时在电网故障时具有孤岛保护功能。与隔离型并网逆变器相比，非隔离型并网逆变器不含工频变压器，其具有效率高、成本低、体积小等优势。功率器件的高频开关导致了的高频共模电压，实际中光伏阵列是由多个光伏组件通过串并联构成，存在较大的对地寄生电容，高频共模电压作用于光伏组件的对地寄生电容上，产生高频的共模电流，即漏电流。高频漏电流使光伏系统的传导和辐射干扰变得严重，增加了并网电流的谐波和系统损耗，严重时还会导致人身安全受到威胁。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构，它能够有效抑制系统内的漏电流。
实现上述目的的一种技术方案是：一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构，包括依次连接的光伏阵列PV、钳位电容组、单相全桥逆变器、滤波电路及电网UG，其特征在于，还包括抑漏电流电路，所述抑漏电流电路与钳位电容组和滤波电路连接。
进一步的，所述钳位电容组包括第一钳位电容C1和第二钳位电容C2，所述第一钳位电容C1的正极与所述光伏阵列PV的正极连接，所述第二钳位电容C2的负极与所述光伏阵列PV的负极连接，所述第一钳位电容C1的负极与所述第二钳位电容C2的正极连接。
进一步的，所述单相全桥逆变器包括第一IGBT开关S1、第二IGBT开关S2、第三IGBT开关S3及第四IGBT开关S4，所述第一IGBT开关S1的发射极与所述第二IGBT开关S2的集电极连接，所述第三IGBT开关S3的发射极与所述第四IGBT开关S4的集电极连接，所述第一IGBT开关S1的集电极与所述第三IGBT开关S3的集电极连接且均与所述光伏阵列PV的正极连接，所述第二IGBT开关的发射极与所述第四IGBT开关S4的发射极连接且均与所述光伏阵列PV的负极连接。
再进一步的，所述第一IGBT开关S1、第二IGBT开关S2、第三IGBT开关S3及第四IGBT开关S4均反并联有二极管。
再进一步的，所述滤波电路包括依次连接的第一滤波电感了L1、滤波电容及第二滤波电感L2，所述第一滤波电感L1与所述第一IGBT开关S1的发射极连接，所述第二滤波电感L2与所述第四IGBT开关S3的集电极连接，所述滤波电容的两端与电网UG并联。
进一步的，所述抑漏电流电路包括相互连接的第一钳位二极管D1、第六钳位二极管D6、第四钳位二极管D4、第八钳位二极管D8和第六IGBT开关S6,以及相互连接的第二钳位二极管D2、第五钳位二极管D5、第三钳位二极管D3、第七钳位二极管D7和第五IGBT开关S5，所述第一钳位二极管D1、第二钳位二极管D2、第三钳位二极管D3和第四钳位二极管D4均与所述钳位电容组连接，所述第五钳位二极管D5、第六钳位二极管D6、第七钳位二极管D7和第八钳位二极管D8均与所述滤波电路连接。
再进一步的，所述第五IGBT开关S5和第六IGBT开关S6结构相同，均反并联一个二极管。
再进一步的，所述第五IGBT开关S5中的发射极与第二钳位二极管D2和第五钳位二极管D5的阳极相互连接，所述第五IGBT开关S5中的集电极与第三钳位二极管D3和第七钳位二极管D7的阴极相互连接。
再进一步的，所述第六IGBT开关S6中的集电极与第一钳位二极管D1和第六钳位二极管D6的阴极相互连接，所述第六IGBT开关S6中IGBT开关的发射极与第四钳位二极管D4和第八钳位二极管D8的阳极相互连接。
本发明的一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构，使续流回路的电位钳位在中点电压处，保持中点电压恒定，从而实现减小漏电流的效果，而且由于功率传输模态下，电流流经的开关数量较少，减少了损耗，具有更好的共模特性和更高的效率。
附图说明
图1为本发明的一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构的结构示意图；
图2为本发明的一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构的驱动时序示意图；
图3为本发明的一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构的模态1的结构示意图；
图4为本发明的一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构的模态2的结构示意图；
图5为本发明的一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构的模态3的结构示意图；
图6为本发明的一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构的模态1的结构示意图；
图7为经过Matlab仿真验证的本发明的一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构的UAN、UBN和2倍共模电压值；
图8为经过Matlab仿真验证的本发明的一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构的输出电流和漏电流波形。
具体实施方式
本发明的为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例并结合附图进行详细地说明：
请参阅图1，本发明的一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构，包括依次连接的光伏阵列PV、钳位电容组、单相全桥逆变器、滤波电路及电网UG，还包括抑漏电流电路，所述抑漏电流电路与钳位电容组和滤波电路连接。
所述钳位电容组包括第一钳位电容C1和第二钳位电容C2，所述第一钳位电容C1的正极与所述光伏阵列PV的正极连接，所述第二钳位电容C2的负极与所述光伏阵列PV的负极连接，所述第一钳位电容C1的负极与所述第二钳位电容C2的正极连接。
所述单相全桥逆变器包括第一IGBT开关S1、第二IGBT开关S2、第三IGBT开关S3及第四IGBT开关S4，所述第一IGBT开关S1的发射极与所述第二IGBT开关S2的集电极连接，所述第三IGBT开关S3的发射极与所述第四IGBT开关S4的集电极连接，所述第一IGBT开关S1的集电极与所述第三IGBT开关S3的集电极连接且均与所述光伏阵列PV的正极连接，所述第二IGBT开关的发射极与所述第四IGBT开关S4的发射极连接且均与所述光伏阵列PV的负极连接。
所述第一IGBT开关S1、第二IGBT开关S2、第三IGBT开关S3及第四IGBT开关S4均反并联有二极管。
所述滤波电路包括依次连接的第一滤波电感了L1、滤波电容及第二滤波电感L2，所述第一滤波电感L1与所述第一IGBT开关S1的发射极连接，所述第二滤波电感L2与所述第四IGBT开关S3的集电极连接，所述滤波电容的两端与电网UG并联。
所述抑漏电流电路包括相互连接的第一钳位二极管D1、第六钳位二极管D6、第四钳位二极管D4、第八钳位二极管D8和第六IGBT开关S6,以及相互连接的第二钳位二极管D2、第五钳位二极管D5、第三钳位二极管D3、第七钳位二极管D7和第五IGBT开关S5，所述第一钳位二极管D1、第二钳位二极管D2、第三钳位二极管D3和第四钳位二极管D4均与所述钳位电容组连接，所述第五钳位二极管D5、第六钳位二极管D6、第七钳位二极管D7和第八钳位二极管D8均与所述滤波电路连接。
所述第五IGBT开关S5和第六IGBT开关S6结构相同，均反并联一个二极管。
所述第五IGBT开关S5中的发射极与第二钳位二极管D2和第五钳位二极管D5的阳极相互连接，所述第五IGBT开关S5中的集电极与第三钳位二极管D3和第七钳位二极管D7的阴极相互连接。
所述第六IGBT开关S6中的集电极与第一钳位二极管D1和第六钳位二极管D6的阴极相互连接，所述第六IGBT开关S6中IGBT开关的发射极与第四钳位二极管D4和第八钳位二极管D8的阳极相互连接。
对于本发明的非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构，其主开关为S1、S2、S3、S4，辅助开关为S5、S6。
请参阅图2，本发明的拓扑结构的驱动时序示意图，其中，ur为调制波；ugs1到ugs6分别对应着S1到S6的驱动信号。
本发明的非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构具有如下四种工作。
请参阅图3，模态1，S1、S4导通，其余开关处于关断状态。电流流经S1、L1、L2、S4。此时，UAN＝UPV，UBN＝0，UAB＝UPV，共模电压为
请参阅图4，模态2，开关S6导通，其余开关处于关断状态。电流流经L1、L2、D6、S6和D8，D1、D4起到中点电压钳位的作用，即续流回路的电压被钳位在0.5UPV。UAN＝0.5UPV，UBN＝0.5UPV，UAB＝0，共模电压为
请参阅图5，模态3，开关S2、S3导通，其余开关处于关断状态。电流流经S3、L2、L1、S2。此时，UAN＝0，UBN＝UPV，共模电压为
请参阅图6，模态4，开关S5导通，其余关断。电流流经L2、L1、D7、S5和D5，同样D2、D3起到中点电压钳位的作用，续流回路的电压被钳位在0.5UPV。UAN＝0.5UPV，UBN＝0.5UPV，UAB＝0，共模电压为
由上述分析可知本发明的拓扑结构在4种模态下的共模电压都保持在0.5UPV，保持不变，完全满足消除共模电流的条件。
最后通过Matlab仿真结果来验证该拓扑的抑制漏电流能力。
请参阅图7，自上而下分别是本发明的拓扑的UAN、UBN和2倍共模电压值。将续流回路的电位钳位在225V，叠加后高频脉冲相互抵消，最终共模电压Ucm＝(UAN+UBN)/2基本恒定，因此系统漏电流很小，具有优秀的共模特性。
请参阅图8，自上而下分别是本发明的拓扑的输出电流和漏电流波形。
仿真结果证明本发明的拓扑结构能够保持共模电压恒定，稳定时漏电流的峰值极小，具有良好的抑制漏电流能力。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (9)

1.一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构，包括依次连接的光伏阵列PV、钳位电容组、单相全桥逆变器、滤波电路及电网UG，其特征在于还包括抑漏电流电路，所述抑漏电流电路与钳位电容组和滤波电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构，其特征在于，所述钳位电容组包括第一钳位电容C1和第二钳位电容C2，所述第一钳位电容C1的正极与所述光伏阵列PV的正极连接，所述第二钳位电容C2的负极与所述光伏阵列PV的负极连接，所述第一钳位电容C1的负极与所述第二钳位电容C2的正极连接。
3.根据权利要求1所述的一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构，其特征在于，所述单相全桥逆变器包括第一IGBT开关S1、第二IGBT开关S2、第三IGBT开关S3及第四IGBT开关S4，所述第一IGBT开关S1的发射极与所述第二IGBT开关S2的集电极连接，所述第三IGBT开关S3的发射极与所述第四IGBT开关S4的集电极连接，所述第一IGBT开关S1的集电极与所述第三IGBT开关S3的集电极连接且均与所述光伏阵列PV的正极连接，所述第二IGBT开关的发射极与所述第四IGBT开关S4的发射极连接且均与所述光伏阵列PV的负极连接。
4.根据权利要求3所述的一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构，其特征在于，所述第一IGBT开关S1、第二IGBT开关S2、第三IGBT开关S3及第四IGBT开关S4均反并联有二极管。
5.根据权利要求3所述的一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构，其特征在于，所述滤波电路包括依次连接的第一滤波电感了L1、滤波电容及第二滤波电感L2，所述第一滤波电感L1与所述第一IGBT开关S1的发射极连接，所述第二滤波电感L2与所述第四IGBT开关S3的集电极连接，所述滤波电容的两端与电网UG并联。
6.根据权利要求1所述的一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构，其特征在于，所述抑漏电流电路包括相互连接的第一钳位二极管D1、第六钳位二极管D6、第四钳位二极管D4、第八钳位二极管D8和第六IGBT开关S6,以及相互连接的第二钳位二极管D2、第五钳位二极管D5、第三钳位二极管D3、第七钳位二极管D7和第五IGBT开关S5，所述第一钳位二极管D1、第二钳位二极管D2、第三钳位二极管D3和第四钳位二极管D4均与所述钳位电容组连接，所述第五钳位二极管D5、第六钳位二极管D6、第七钳位二极管D7和第八钳位二极管D8均与所述滤波电路连接。
7.根据权利要求6所述的一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构,其特征在于，所述第五IGBT开关S5和第六IGBT开关S6结构相同，均反并联一个二极管。
8.根据权利要求6所述的一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构，其特征在于，所述第五IGBT开关S5中的发射极与第二钳位二极管D2和第五钳位二极管D5的阳极相互连接，所述第五IGBT开关S5中的集电极与第三钳位二极管D3和第七钳位二极管D7的阴极相互连接。
9.根据权利要求6所述的一种非隔离型单相光伏并网逆变拓扑结构，其特征在于，所述第六IGBT开关S6中的集电极与第一钳位二极管D1和第六钳位二极管D6的阴极相互连接，所述第六IGBT开关S6中IGBT开关的发射极与第四钳位二极管D4和第八钳位二极管D8的阳极相互连接。
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