CN111510010B - 一种非隔离光伏逆变器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非隔离光伏逆变器，包括：光伏组件，负极与电网负极连接，且接地；中间电容，第一端与光伏组件负极连接；滤波电感，第一端分别与光伏组件负极和中间电容第一端连接，第二端通过第一开关与光伏组件正极连接，第二端还与中间电容第二端连接；耦合电感，第一端与电网正极连接，第二端通过第二开关与光伏组件正极连接，第三端与电网正极连接，第四端通过第三开关与中间电容第二端连接，第二端还通过第四开关直接与电网负极连接；控制驱动单元，输入端分别与电网和中间电容连接，输出端分别与各个开关连接。此发明解决了传统逆变器共模漏电流的问题，调节第一开关占空比，保证了无共模漏电流现象的产生，同时具有了低电压穿越技术。

Description

一种非隔离光伏逆变器及其控制方法

技术领域

本发明涉及逆变器技术领域，具体涉及一种非隔离光伏逆变器及其控制方法。

背景技术

由于非隔离光伏逆变器在光伏组件和电网之间没有隔离，从而可能产生共模漏电流流过光伏组件的对地寄生电容。该共模漏电流会引起电磁干扰，增加系统损耗，甚至对人身安全构成威胁。

德国VDE012611标准规定非隔离光伏逆变器共模漏电流有效值应小于300mA；若系统检测其超过该值，非隔离光伏逆变器将停机。

国内外专家学者对如何抑制非隔离光伏逆变器的共模漏电流展开了一系列卓有成效的研究；常用的方法有：改进调制技术、增加开关器件、增加滤波器和改进控制方法等。

但上述方法抑制共模漏电流的效果易受光伏组件对地寄生电容和电路参数变化的影响；因此，有必要研究能从根本上消除共模漏电流的逆变器拓扑及其控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种非隔离光伏逆变器及其控制方法。此逆变器旨在解决传统逆变器产生共模漏电流现象的问题，通过调节第一开关的占空比，控制中间电容电压等于光伏电池电压，且通过调节第二开关、第三开关和第四开关，来控制电网的电流，同时输出无功功率，保证无共模漏电流现象的产生，同时具有低电压穿越技术。

为达到上述目的，本发明提供了一种非隔离光伏逆变器，包括：

光伏组件，其负极与电网的负极连接，且光伏组件的负极和电网的负极共同接地；

中间电容，第一端与光伏组件的负极连接；

滤波电感，第一端分别与光伏组件的负极和中间电容的第一端连接，第二端通过一第一开关与光伏组件的正极连接，第三端通过二极管与中间电容的第二端连接；则滤波电感与第一开关和光伏组件，构成第一闭合电路；滤波电感与二极管和中间电容，构成第二闭合电路；

耦合电感，包括原边绕组和副边绕组；耦合电感的原边绕组的第一端与电网的正极连接，第二端通过第二开关与光伏组件的正极连接，则耦合电感的原边绕组与电网、所述光伏组件和所述第二开关，构成第三闭合电路；

耦合电感的副边绕组的第三端与电网的正极连接，第四端通过第三开关与中间电容的第二端连接，则耦合电感的副边绕组与电网、中间电容和第三开关，构成第四闭合电路；

耦合电感的原边绕组的第二端还通过第四开关直接与电网的负极连接，则耦合电感与电网直接构成第五闭合电路；控制驱动单元，输入端分别与电网和中间电容连接，输出端分别与第一开关、第二开关、第三开关和第四开关连接，分别驱动控制各个开关的开闭，来连通各个闭合电路，进而驱动调节电网的电流信息和中间电容的电压信息。

最优选的，该逆变器还包括：

第一电压传感器，输入端与电网连接，输出端与控制驱动单元的输入端连接，实时监控并采集电网的电压信息，生成电网电压反馈信号，传输至控制驱动单元；

第二电压传感器，输入端与中间电容连接，输出端与控制驱动单元的输入端连接，实时监控并采集中间电容的电压信息，生成中间电容电压反馈信号，传输至所述控制驱动单元；

电流传感器，输入端与电网连接，输出端与控制驱动单元的输入端连接，实时监控并采集电网的电流信息，生成电网电流反馈信号，传输至控制驱动单元。

最优选的，控制驱动单元包括：

数字信号处理器，输入端分别与第一电压传感器和第二电压传感器连接，根据电网电压反馈信号和中间电容电压反馈信号，并进行电压信号处理，生成电网参考电流信号和第一开关逻辑信号；

控制电路，第一输入端与第一电压传感器连接，第二输入端与数字信号处理器的第一输出端连接，对电网电压反馈信号和电网参考电流信号进行电流信号处理，生成第二开关逻辑信号、第三开关逻辑信号和第四开关逻辑信号；

驱动电路，第一输入端与数字信号处理器的第二输出端连接，第二输入端与控制电路的输出端连接，输出端分别与第一开关、第二开关、第三开关和第四开关连接，分别根据第一开关逻辑信号、第二开关逻辑信号、第三开关逻辑信号和第四开关逻辑信号，生成第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号和第四驱动信号，并相应驱动各个开关的开闭。

最优选的，该逆变器还包括滤波器，并联于光伏组件两端，对光伏组件的电压信息进行滤波处理；滤波器为滤波电容。

本发明提供了一种非隔离光伏逆变器的控制方法，该方法是基于一种非隔离光伏逆变器实现的，该方法包括以下步骤：

步骤1：第二电压传感器实时检测和采集中间电容的电压信息，生成中间电容电压反馈信号；

步骤2：控制驱动单元根据中间电容电压反馈信号进行驱动控制，进行第一次驱动调节第一开关，完成中间电容的电压信息的调节；

步骤3：第一电压传感器和电流传感器分别实时检测和采集电网的电压信息和电网的电流信息，分别电网电压反馈信号和生成电网电流反馈信号；

步骤4：控制驱动单元根据电网电压反馈信号和电网电流反馈信号进行驱动控制，进行第二次驱动调节第二开关、第三开关和第四开关，完成电网的电流信息的调节。

最优选的，第一次驱动调节包括以下步骤：

步骤2.1：第二电压传感器实时监测到中间电容的电压信息，控制驱动单元调节第一开关打开，第一闭合电路连通；

步骤2.2：光伏组件为滤波电感提供电能；

步骤2.3：滤波电感储能完成后，第一开关关闭，第二闭合电路连通，且作为第一闭合电路的第一续流电路；

步骤2.4：储能后的滤波电感将其储存的电能通过二极管传输至中间电容，完成中间电容的充电，提高中间电容的电压信息。

最优选的，第二次驱动调节包括以下步骤：

步骤4.1：第一电压传感器和电流传感器分别实时监测电网的电压信息和电网的电流信息，第一次判定电压信息和电流信息的符号是否一致；

步骤4.2：若符号不一致，则调节第四开关关闭，第三闭合电路和第四闭合电路为互补电路，且第四闭合电路为第三闭合电路的第二续流电路，第一次调节第二开关和第三开关的开闭，完成电网的电流信息的调节；

步骤4.3：若符号一致，则第二次判定电压信息和电流信息的符号是否均为正值；

步骤4.4：若符号均为正值，第三开关关闭，第三闭合电路和第五闭合电路为互补电路，且第五闭合电路为第三闭合电路的第三续流电路，第二次调节第二开关和第四开关的开闭，完成电网的电流信息的调节；

步骤4.5：若符号均为负值，第二开关关闭，第四闭合电路和第五闭合电路为互补电路，且第五闭合电路为第四闭合电路的第四续流电路，第三次调节第三开关和第四开关的开闭，完成电网的电流信息的调节。

最优选的，第一次调节包括：

步骤4.2.1：调节第二开关打开，第三开关关闭，则第三闭合电路连通，光伏组件为耦合电感提供第一正向电能；

步骤4.2.2：耦合电感储能完成后，第二开关关闭，第三开关打开，第四闭合电路连通，且作为第三闭合电路的第二续流电路；

步骤4.2.3：储能后的耦合电感将其储存的第一正向电能传输至电网，完成电网充电，提高电网的电流信息。

最优选的，第二次调节包括：

步骤4.4.1：调节第二开关打开，第四开关关闭，则第三闭合电路连通，光伏组件为耦合电感提供第二正向电能；

步骤4.4.2：耦合电感储能完成后，第二开关关闭，第四开关打开，第五闭合电路连通，且作为第三闭合电路的第三续流电路；

步骤4.4.3：储能后的耦合电感将其储存的第二正向电能传输至电网，完成电网充电，提高电网的电流信息。

最优选的，第三次调节包括：

步骤4.5.1：调节第三开关打开，第四开关关闭，则第四闭合电路连通，中间电容为耦合电感提供负向电能；

步骤4.5.2：耦合电感储能完成后，第三开关关闭，第四开关打开，第五闭合电路连通，且作为第四闭合电路的第四续流电路；

步骤4.5.3：储能后的耦合电感将其储存的负向电能传输至电网，完成电网充电，提高电网的电流信息。

运用此发明，解决了传统逆变器产生共模漏电流现象的问题，通过调节第一开关的占空比，控制中间电容电压等于光伏电池电压，且通过调节第二开关、第三开关和第四开关，来控制电网的电流，同时输出无功功率，保证了无共模漏电流现象的产生，同时具有了低电压穿越技术。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的非隔离光伏逆变器通过调节第一开关的占空比，控制中间电容电压等于光伏电池电压。

2、本发明提供的非隔离光伏逆变器通过调节第二开关、第三开关和第四开关，控制电网的电流，同时输出无功功率，保证无共模漏电流，且具有低电压穿越技术。

附图说明

图1为本发明提供的该逆变器电路示意图；

图2为本发明提供的控制驱动单元的电路示意图；

图3为本发明提供的该逆变器控制中间电容的电压信息方法的流程示意图；

图4为本发明提供的该逆变器控制电网的电流信息方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。

本发明提供了一种非隔离光伏逆变器，如图1所示，包括光伏组件1、中间电容2、滤波电感3、耦合电感4、控制驱动单元、二极管5、第一开关S₁、第二开关S₂、第三开关S₃和第四开关S₄。

其中，光伏组件1的负极与电网U的负极连接，且光伏组件1的负极和电网U的负极共同接地；中间电容2的第一端与光伏组件1的负极连接。

在本实施例中，光伏组件1为光伏电池PV；中间电容2为极性电容或无极性电容。

滤波电感3的第一端分别与光伏组件1的负极和中间电容2的第一端连接，第二端通过第一开关S₁与光伏组件1的正极连接，第二端还通过二极管5与中间电容2的第二端连接。

则滤波电感3与第一开关S₁和光伏组件1，构成第一闭合电路；滤波电感3与二极管5和中间电容2，构成第二闭合电路。

耦合电感4包括原边绕组N_p和副边绕组N_s；其中，耦合电感4原边绕组N_p的第一端与电网U的正极连接，第二端通过第二开关S₂与光伏组件1的正极连接，则耦合电感4的原边绕组N_p与电网U、光伏组件1和第二开关S₂，构成第三闭合电路；且第二开关S₂在第三闭合回路中为电网U的正半周高频开关。

耦合电感4副边绕组N_s的第三端与电网U的正极连接，第四端通过第三开关S₃与中间电容2的第二端连接，则耦合电感4的副边绕组N_s与电网、中间电容2和第三开关S₃，构成第四闭合电路；且第三开关S₃在第四闭合回路中为电网U的负半周高频开关。

耦合电感4的原边绕组N_p的第二端还通过第四开关S₄直接与电网U的负极连接；耦合电感4与电网U直接构成第五闭合电路。

耦合电感4的原边绕组N_p的匝数与副边绕组N_s的匝数相等；且耦合电感4能够输出无功功率。

同时，控制驱动单元的输入端分别与电网U和中间电容2连接，输出端分别与第一开关S₁、第二开关S₂、第三开关S₃和第四开关S₄连接，分别驱动控制四个开关S₁-S₄的开闭，来连通各个闭合电路，进而分别驱动调节电网U的电流信息和中间电容2的电压信息。

该逆变器还包括第一电压传感器6、第二电压传感器7和电流传感器8。

第一电压传感器6的输入端与电网U连接，输出端与控制驱动单元的输入端连接，实时监控并采集电网U的电压信息u_g，生成电网电压反馈信号u_gf，传输至控制驱动单元。

第二电压传感器7的输入端与中间电容2连接，输出端与控制驱动单元的输入端连接，实时监控并采集中间电容2的电压信息u_c，生成中间电容电压反馈信号u_cf，传输至所述控制驱动单元。

电流传感器7的输入端与电网U连接，输出端与控制驱动单元的输入端连接，实时监控并采集电网U的电流信息i_g，生成电网电流反馈信号i_gf，传输至控制驱动单元。

其中，如图2所示，控制驱动单元还包括数字信号处理器(DSP)9、控制电路10和驱动电路11。

数字信号处理器9的输入端分别与第一电压传感器6和第二电压传感器7连接，根据电网电压反馈信号u_gf和中间电容电压反馈信号u_cf，分别进行第一次电压信号处理和第二次电压信号处理，并分别生成电网参考电流信号i_{g_ref}和第一开关逻辑信号O₁。

控制电路10的第一输入端与第一电压传感器6连接，第二输入端与数字信号处理器9的第一输出端连接，对电网电压反馈信号u_gf和电网参考电流信号i_{g_ref}进行电流信号处理，生成第二开关逻辑信号O₂、第三开关逻辑信号O₃和第四开关逻辑信号O₄。

驱动电路11的第一输入端与数字信号处理器9的第二输出端连接，第二输入端与控制电路10的输出端连接，输出端分别与第一开关S₁、第二开关S₂、第三开关S₃和第四开关S₄连接，分别根据第一开关逻辑信号O₁、第二开关逻辑信号O₂、第三开关逻辑信号O₃和第四开关逻辑信号O₄，相应生成第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号和第四驱动信号，并相应驱动开关S₁-S₄的开闭。

该逆变器还包括滤波器，并联于光伏组件1两端，对光伏组件1的电压信息进行滤波处理，且滤波器两端的滤波电压u_in即为光伏组件1的电压信息，且调控保证中间电容2的电压信息u_c等于光伏组件1的电压信息u_in。

在本实施例中，滤波器为滤波电容C_in；滤波电容为极性电容或无极性电容。

在本实施例中，第一开关、第二开关、第三开关和第四开关为金氧半场效晶体(MOS)管或绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)。

本发明还提供了一种非隔离光伏逆变器的控制方法，该方法是基于一种非隔离光伏逆变器实现的，包括以下步骤：

步骤1：如图3所示，第二电压传感器7实时监测和采集中间电容2的电压信息u_c，生成中间电容电压反馈信号u_cf。

步骤2：控制驱动单元根据中间电容电压反馈信号u_cf进行驱动控制，进行第一次驱动调节第一开关S₁，完成中间电容2的电压信息u_c的调节。

其中，进行第一次驱动调节之前还需要通过数字信号处理器9根据中间电容电压反馈信号u_cf，进行第二次电压信号处理，生成第一开关逻辑信号O₁；将所述第一开关逻辑信号O₁传输至驱动电路10，生成第一驱动信号，进行第一开关S₁的开闭驱动。

其中，数字信号处理器9进行第二次电压信号处理包括步骤：

将中间电容2电压反馈信号u_cf传输至数字信号处理器(DSP)9中的第二模数转换(AD2)模块中，进行模数转换，生成第二数字信号；

将第二数字信号与中间电容2参考电压u_{C_ref}进行计算后，传输至电流调节器，输出中间电容2的电压调节信号；其中，电流调节器可选用线性(PI)控制、滞环控制和比例谐振控制；

将中间电容2的电压调节信号与三角波进行比较，输出第一开关逻辑信号O₁。第一开关逻辑信号O₁由DSP的波形(PWM)口输出。

第一次驱动调节还包括以下步骤：

步骤2.1：第二电压传感器7实时监测到中间电容2的电压信息u_c，当中间电容2的电压信息u_c为0，远远小于光伏组件1的电压信息u_in时，驱动电路根据第一开关逻辑信号O₁，生成第一驱动信号，调节第一开关S₁打开，第一闭合电路连通；

步骤2.2：光伏组件1为滤波电感3提供电能，滤波电感3的电流上升；

步骤2.3：滤波电感3储能完成后，第一开关S₁关闭，第二闭合电路连通，且作为第一闭合电路的第一续流电路；

步骤2.4：储能后的滤波电感3将其储存的电能通过二极管5传输至中间电容2，滤波电感3的电流下降，完成中间电容2的充电，提高中间电容2的电压信息u_c。

步骤3：如图4所示，第一电压传感器6和电流传感器8分别实时检测和采集电网U的电压信息u_g和电网U的电流信息i_g，分别生成电网电压反馈信号u_gf和电网电流反馈信号i_gf。

步骤4：控制驱动单元根据电网电压反馈信号u_gf和电网电流反馈信号i_gf进行驱动控制，进行第二次驱动调节第二开关S₂、第三开关S₃和第四开关S₄，完成电网U的电流信息i_g的调节。

其中，进行第二次驱动调节之前还需要通过数字信号处理器9对电网电压反馈信号u_gf，进行第一次电压信号处理，生成电网参考电流信号i_{g_ref}。

其中，数字信号处理器9进行第一次电压信号处理包括步骤：

将电网电压反馈信号u_gf输入数字信号处理器(DSP)9中的第一模数转换(AD1)模块中，进行模数转换，生成第一数字信号；并将第一数字信号分成两路；

其中，将第一路第一数字信号与电网U的电压额定值U_gN、电网U的电流额定值I_gN和有功功率参考信号I_d一起传输至低电压穿越算法，进行低电压穿越计算，生成电网U的参考电流峰值I_{gm_ref}和功率因数角θ；

其中，有功功率参考信号I_d的值由最大功率跟踪算法或DSP 9内部设置；电网U的电压额定值U_gN、电网U的电流额定值I_gN和中间电容参考电压u_{C_ref}的值由DSP 9内部设置。

电网U的参考电流峰值I_{gm_ref}满足：

其中，I_gm为电网U的电流额定值的峰值；电网U的功率因数角θ满足：

将第二路第一数字信号传输至锁相环，输出电网U的电压相位

将电网U的电压相位

和电网U的功率因数角θ进行处理运算，生成电网参考电流信号i_{g_ref}，且满足：

继而，将电网参考电流信号i_{g_ref}和电网电流反馈信号i_gf传输至控制电路10，进行电流信号处理，生成第二开关逻辑信号O₂、第三开关逻辑信号O₃和第四开关逻辑信号O₄；将第二开关逻辑信号O₂、第三开关逻辑信号O₃和第四开关逻辑信号O₄分别传输至驱动电路10，生成相应的第二驱动信号、第三驱动信号和第四驱动信号，并进行相应开关S₂-S₄的开闭驱动。

其中，控制电路9进行电流信号处理包括步骤：

将电网电压反馈信号u_gf输入控制电路10内部的比较器，与地进行比较，输出工频调制信号，并将工频调制信号分为两路；

其中，将第一路工频调制信号传输至第一反相器，输出工频调制信号的非信号；

将电网电流参考信号i_{g_ref}与电网电流反馈信号i_gf传输至控制电路10内部进行处理计算后，传输至电流调节器，输出高频调制信号；并将高频调制信号分为两路；

其中，将第一路高频调制信号传输至第二反相器，输出高频调制信号的非信号；

将第二路工频调制信号与第二路高频调制信号传输至第一与门，输出第二开关逻辑信号O₂；

将工频调制信号的非信号与高频调制信号的非信号传输至第二与门，输出第三开关逻辑信号O₃；

将工频调制信号的非信号与高频调制信号的非信号传输至第三与门，输出负半周高频调制信号；将工频调制信号的非信号与高频调制信号的非信号传输至第四与门，输出正半周高频调制信号；将负半周高频调制信号和正半周高频调制信号传输至或门，输出第四开关逻辑信号O₄。

第二次驱动调节包括以下步骤：

步骤4.1：第一电压传感器6和电流传感器8分别实时监测电网U的电压信息u_g和电流信息i_g，第一次判定电压信息u_g和电流信息i_g的符号是否一致。

步骤4.2：若电压信息u_g和电流信息i_g的符号不一致，则调节第四开关S₄关闭，第三闭合电路和第四闭合电路为互补电路，且第四闭合电路为第三闭合电路的第二续流电路，第一次调节第二开关S₂和第三开关S₃的开闭，完成电网U的电流信息i_g的调节。

其中，第一次调节包括：

步骤4.2.1：调节第二开关S₂打开，第三开关S₃关闭，则三闭合电路连通，光伏组件1为耦合电感4提供第一正向电能，耦合电感4的原边绕组N_p的电流上升，副边绕组N_s电流为0；

步骤4.2.2：耦合电感4储能完成后，第二开关S₂关闭，第三开关S₃打开，第四闭合电路连通，且作为第三闭合电路的第二续流电路；

步骤4.2.3：储能后的耦合电感4将其储存的第一正向电能传输至电网U，耦合电感4的原边绕组N_p的电流下降，副边绕组N_s电流为0，完成电网U充电，提高电网U的电流信息i_g。

步骤4.3：若电压信息u_g和电流信息i_g的符号一致，则第二次判定电压信息u_g和电流信息i_g的符号是否均为正值。

步骤4.4：若电压信息u_g和电流信息i_g的符号均为正值，第三开关S₃关闭，第三闭合电路和第五闭合电路为互补电路，且第五闭合电路为第三闭合电路的第三续流电路，此时，第二开关S₂和第四开关S₄为电网U的正半周的高频开关，第二次调节第二开关S₂和第四开关S₄的开闭，完成电网U的电流信息i_g的调节。

其中，第二次调节包括：

步骤4.4.1：调节第二开关S₂打开，第四开关S₄关闭，则三闭合电路连通，光伏组件1为耦合电感4提供第二正向电能，耦合电感4的原边绕组N_p的电流上升，副边绕组N_s电流为0；

步骤4.4.2：耦合电感4储能完成后，第二开关S₂关闭，第四开关S₄打开，第五闭合电路连通，且作为第三闭合电路的第三续流电路；

步骤4.4.3：储能后的耦合电感4将其储存的第二正向电能传输至电网U，耦合电感4的原边绕组N_p的电流下降，副边绕组N_s电流为0，完成电网U充电，提高电网U的电流信息i_g。

步骤4.5：若电压信息u_g和电流信息i_g的符号均为负值，第二开关S₂关闭，第四闭合电路和第五闭合电路为互补电路，且第五闭合电路为第四闭合电路的第四续流电路，此时，第三开关S₃和第四开关S₄为电网的负半周的高频开关，第三次调节第三开关S₃和第四开关S₄的开闭，完成电网U的电流信息i_g的调节。

其中，第三次调节包括：

步骤4.5.1：调节第三开关S₃打开，第四开关S₄关闭，则四闭合电路连通，中间电容2为耦合电感4提供负向电能，耦合电感4的副边绕组N_s的电流上升，原边绕组N_p电流为0；

步骤4.5.2：耦合电感4储能完成后，第三开关S₃关闭，第四开关S₄打开，第五闭合电路连通，且作为第四闭合电路的第四续流电路；

步骤4.5.3：储能后的耦合电感4将其储存的负向电能传输至电网U，耦合电感4的副边绕组N_s的电流下降，原边绕组N_p电流为0，完成电网U充电，提高电网U的电流信息i_g。

本发明的工作原理：

第二电压传感器实时检测和采集中间电容的电压信息，生成中间电容电压反馈信号；控制驱动单元调节第一开关打开，第一闭合电路连通；光伏组件为滤波电感提供电能；滤波电感储能完成后，第一开关关闭，第二闭合电路连通，且作为第一闭合电路的第一续流电路；储能后的滤波电感将其储存的电能通过二极管传输至中间电容，完成中间电容的充电，提高中间电容的电压信息。

第一电压传感器和电流传感器分别实时检测和采集电网的电压信息和电网的电流信息，分别电网电压反馈信号和生成电网电流反馈信号；第一次判定电网的电压信息和电流信息的符号是否一致；

若电网的电压信息和电流信息的符号不一致，则调节第四开关关闭，第三闭合电路和第四闭合电路为互补电路，且第四闭合电路为第三闭合电路的第二续流电路，第一次调节第二开关和第三开关的开闭，完成电网的电流信息的调节；调节第二开关打开，第三开关关闭，则第三闭合电路连通，光伏组件为耦合电感提供第一正向电能；耦合电感储能完成后，第二开关关闭，第三开关打开，第四闭合电路连通，且作为第三闭合电路的第二续流电路；储能后的耦合电感将其储存的第一正向电能传输至电网，完成电网充电，提高电网的电流信息。

若电网的电压信息和电流信息的符号符号一致，则第二次判定电压信息和电流信息的符号是否均为正值；

若电网的电压信息和电流信息的符号均为正值，第三开关关闭，第三闭合电路和第五闭合电路为互补电路，且第五闭合电路为第三闭合电路的第三续流电路，第二次调节第二开关和第四开关的开闭，完成电网的电流信息的调节；第二次调节包括调节第二开关打开，第四开关关闭，则第三闭合电路连通，光伏组件为耦合电感提供第二正向电能；耦合电感储能完成后，第二开关关闭，第四开关打开，第五闭合电路连通，且作为第三闭合电路的第三续流电路；储能后的耦合电感将其储存的第二正向电能传输至电网，完成电网充电，提高电网的电流信息。

若电网的电压信息和电流信息的符号均为负值，第二开关关闭，第四闭合电路和第五闭合电路为互补电路，且第五闭合电路为第四闭合电路的第四续流电路，第三次调节第三开关和第四开关的开闭，完成电网的电流信息的调节；第三次调节包括调节第三开关打开，第四开关关闭，则第四闭合电路连通，中间电容为耦合电感提供负向电能；耦合电感储能完成后，第三开关关闭，第四开关打开，第五闭合电路连通，且作为第四闭合电路的第四续流电路；储能后的耦合电感将其储存的负向电能传输至电网，完成电网充电，提高电网的电流信息。

综上所述，本发明一种非隔离光伏逆变器及其控制方法，解决了传统逆变器产生共模漏电流现象的问题，通过调节第一开关的占空比，来控制中间电容电压等于光伏电池电压，且通过调节第二开关、第三开关和第四开关，来控制电网的电流，同时控制电网的电流，输出无功功率，保证了无共模漏电流现象的产生，同时具有了低电压穿越技术。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种非隔离光伏逆变器，其特征在于，包括：

光伏组件，其负极与电网的负极连接，且所述光伏组件的负极和电网的负极共同接地；

中间电容，第一端与所述光伏组件的负极连接；

滤波电感，第一端分别与所述光伏组件的负极和所述中间电容的第一端连接，第二端通过一第一开关与所述光伏组件的正极连接，第二端还通过二极管与所述中间电容的第二端连接；则所述滤波电感与所述第一开关和所述光伏组件，构成第一闭合电路；所述滤波电感与所述二极管和所述中间电容，构成第二闭合电路；

耦合电感，包括原边绕组和副边绕组；耦合电感的原边绕组的第一端与电网的正极连接，第二端通过一第二开关与所述光伏组件的正极连接，则所述耦合电感的原边绕组与电网、所述光伏组件和所述第二开关，构成第三闭合电路；

耦合电感的副边绕组的第三端与电网的正极连接，第四端通过一第三开关与所述中间电容的第二端连接，则所述耦合电感的副边绕组与电网、所述中间电容和所述第三开关，构成第四闭合电路；

耦合电感的原边绕组的第二端还通过一第四开关直接与电网的负极连接，则所述耦合电感与电网直接构成第五闭合电路；

控制驱动单元，输入端分别与电网和所述中间电容连接，输出端分别与第一开关、第二开关、第三开关和第四开关连接，分别驱动控制各个开关的开闭，来连通各个闭合电路，进而驱动调节电网的电流信息和所述中间电容的电压信息；

该逆变器还包括：

第一电压传感器，输入端与电网连接，输出端与所述控制驱动单元的输入端连接，实时监控并采集电网的电压信息，生成电网电压反馈信号，传输至所述控制驱动单元；

第二电压传感器，输入端与所述中间电容连接，输出端与所述控制驱动单元的输入端连接，实时监控并采集所述中间电容的电压信息，生成中间电容电压反馈信号，传输至所述控制驱动单元；

电流传感器，输入端与电网连接，输出端与所述控制驱动单元的输入端连接，实时监控并采集电网的电流信息，生成电网电流反馈信号，传输至所述控制驱动单元；

所述控制驱动单元包括：

数字信号处理器，输入端分别与所述第一电压传感器和所述第二电压传感器连接，根据所述电网电压反馈信号和中间电容电压反馈信号，分别进行第一次电压信号处理和第二次电压信号处理，并分别生成电网参考电流信号和第一开关逻辑信号；

控制电路，第一输入端与所述第一电压传感器连接，第二输入端与所述数字信号处理器的第一输出端连接，对所述电网电压反馈信号和所述电网参考电流信号进行电流信号处理，生成第二开关逻辑信号、第三开关逻辑信号和第四开关逻辑信号；

驱动电路，第一输入端与所述数字信号处理器的第二输出端连接，第二输入端与所述控制电路的输出端连接，输出端分别与所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关连接，分别根据第一开关逻辑信号、第二开关逻辑信号、第三开关逻辑信号和第四开关逻辑信号，生成第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号和第四驱动信号，并相应驱动各个开关的开闭。

2.如权利要求1所述的非隔离光伏逆变器，其特征在于，该逆变器还包括滤波器，并联于所述光伏组件两端，对所述光伏组件的电压信息进行滤波处理；所述滤波器为滤波电容。

3.一种非隔离光伏逆变器的控制方法，其特征在于，该方法是基于如权利要求1-2中任意一项所述的非隔离光伏逆变器实现的，该方法包括以下步骤：

步骤1：第二电压传感器实时检测和采集所述中间电容的电压信息，生成中间电容电压反馈信号；

步骤2：所述控制驱动单元根据所述中间电容电压反馈信号进行驱动控制，进行第一次驱动调节所述第一开关，完成所述中间电容的电压信息的调节；

步骤3：第一电压传感器和电流传感器分别实时检测和采集电网的电压信息和电网的电流信息，分别生成电网电压反馈信号和电网电流反馈信号；

步骤4：所述控制驱动单元根据所述电网电压反馈信号和电网电流反馈信号进行驱动控制，进行第二次驱动调节所述第二开关、第三开关和第四开关，完成电网的电流信息的调节；

所述第二次驱动调节包括以下步骤：

步骤4.1：第一电压传感器和电流传感器分别实时监测电网的电压信息和电网的电流信息，第一次判定所述电压信息和电流信息的符号是否一致；

步骤4.2：若符号不一致，则调节第四开关关闭，所述第三闭合电路和第四闭合电路为互补电路，且第四闭合电路为第三闭合电路的第二续流电路，第一次调节所述第二开关和第三开关的开闭，完成电网的电流信息的调节；

步骤4.3：若符号一致，则第二次判定所述电压信息和电流信息的符号是否均为正值；

步骤4.4：若符号均为正值，所述第三开关关闭，所述第三闭合电路和第五闭合电路为互补电路，且第五闭合电路为第三闭合电路的第三续流电路，第二次调节所述第二开关和第四开关的开闭，完成电网的电流信息的调节；步骤4.5：若符号均为负值，所述第二开关关闭，所述第四闭合电路和第五闭合电路为互补电路，且第五闭合电路为第四闭合电路的第四续流电路，第三次调节所述第三开关和第四开关的开闭，完成电网的电流信息的调节。

4.如权利要求3所述的非隔离光伏逆变器的控制方法，其特征在于，所述第一次驱动调节包括以下步骤：

步骤2.1：第二电压传感器实时监测到所述中间电容的电压信息，所述控制驱动单元调节所述第一开关打开，所述第一闭合电路连通；

步骤2.2：所述光伏组件为所述滤波电感提供电能；

步骤2.3：所述滤波电感储能完成后，所述第一开关关闭，第二闭合电路连通，且作为所述第一闭合电路的第一续流电路；

步骤2.4：储能后的滤波电感将其储存的电能通过二极管传输至所述中间电容，完成中间电容的充电，提高中间电容的电压信息。

5.如权利要求3所述的非隔离光伏逆变器的控制方法，其特征在于，所述第一次调节包括：

步骤4.2.1：调节所述第二开关打开，第三开关关闭，则所述第三闭合电路连通，所述光伏组件为所述耦合电感提供第一正向电能；

步骤4.2.2：所述耦合电感储能完成后，第二开关关闭，第三开关打开，第四闭合电路连通，且作为所述第三闭合电路的第二续流电路；

步骤4.2.3：储能后的耦合电感将其储存的第一正向电能传输至电网，完成电网充电，提高电网的电流信息。

6.如权利要求3所述的非隔离光伏逆变器的控制方法，其特征在于，所述第二次调节包括：

步骤4.4.1：调节所述第二开关打开，第四开关关闭，则所述第三闭合电路连通，所述光伏组件为所述耦合电感提供第二正向电能；

步骤4.4.2：所述耦合电感储能完成后，第二开关关闭，第四开关打开，第五闭合电路连通，且作为所述第三闭合电路的第三续流电路；

步骤4.4.3：储能后的耦合电感将其储存的第二正向电能传输至电网，完成电网充电，提高电网的电流信息。

7.如权利要求3所述的非隔离光伏逆变器的控制方法，其特征在于，所述第三次调节包括：

步骤4.5.1：调节所述第三开关打开，第四开关关闭，则所述第四闭合电路连通，所述中间电容为所述耦合电感提供负向电能；

步骤4.5.2：所述耦合电感储能完成后，第三开关关闭，第四开关打开，第五闭合电路连通，且作为所述第四闭合电路的第四续流电路；

步骤4.5.3：储能后的耦合电感将其储存的负向电能传输至电网，完成电网充电，提高电网的电流信息。

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