CN112104249B - 非隔离型逆变器装置及其控制方法与具有其的光伏系统 - Google Patents

非隔离型逆变器装置及其控制方法与具有其的光伏系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112104249B
CN112104249B CN201910527412.3A CN201910527412A CN112104249B CN 112104249 B CN112104249 B CN 112104249B CN 201910527412 A CN201910527412 A CN 201910527412A CN 112104249 B CN112104249 B CN 112104249B
Authority
CN
China
Prior art keywords
switch
terminal
port
state
electrically coupled
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.)
Active
Application number
CN201910527412.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112104249A (zh
Inventor
朱选才
翁炳文
王沁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Delta Electronics Shanghai Co Ltd
Original Assignee
Delta Electronics Shanghai Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Delta Electronics Shanghai Co Ltd filed Critical Delta Electronics Shanghai Co Ltd
Priority to CN201910527412.3A priority Critical patent/CN112104249B/zh
Priority to US16/805,817 priority patent/US10965220B2/en
Publication of CN112104249A publication Critical patent/CN112104249A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112104249B publication Critical patent/CN112104249B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4837—Flying capacitor converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/123—Suppression of common mode voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters
    • 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

一种非隔离型逆变器装置及其控制方法与具有其的光伏系统。逆变器装置包括：直流端口，交流端口，和五个开关，第一与第五开关的第一端耦接至直流端口的第一端，第二开关的第二端与第四开关的第一端耦接至直流和交流端口的第二端，第三开关的第一端与第一开关的第二端耦接至交流端口的第一端，第三开关的第二端耦接至第四开关的第二端；第一电感，耦接于第二开关的第一端与第五开关的第二端之间；第一电容，耦接于第二开关的第一端与第四开关的第二端之间；续流元件，耦接于第三与第五开关的第二端之间；五个开关受控使得装置能够在多个工作模态之间切换并向电网传输有功或无功功率。

Description

非隔离型逆变器装置及其控制方法与具有其的光伏系统
技术领域
本发明是关于一种逆变器装置，特别是关于一种非隔离型逆变器装置及其控制方法与具有其的光伏系统。
背景技术
随着全球能源危机和环境问题的加剧，大力发展可再生清洁能源成为了世界各国的能源发展的重点。光伏发电因其资源丰富、分布广泛，已经显示出良好的发展前景。在光伏并网发电系统中，光伏并网逆变器承担着将光伏面板产生的直流电压转变成交流电压并且并入电网的角色。作为光伏面板和电网的重要接口，根据整个逆变系统中是否含有隔离变压器，光伏并网逆变器可以分为隔离型逆变器(或称为“隔离型逆变系统”)和非隔离型逆变器(或称为“非隔离型逆变系统”)。在隔离型逆变系统中，通常在直流侧安装高频变压器或在交流侧安装低频变压器。其中变压器的作用不仅对光伏面板的直流电压进行提升，也隔离了直流侧和交流侧，使两者之间不存在直通的回路。但是，变压器的存在也使得整个逆变系统损耗增大，效率降低，体积变大，成本升高。而非隔离型逆变器由于移除了直流侧或交流侧的变压器，克服了隔离型逆变系统的上述缺点，因此，得到了学术界和工业界的广泛研究。然而，由于缺少电气隔离，非隔离型逆变系统出现了可靠性、效率、最大功率跟踪、漏电流等诸多新的问题。
而且，在光伏并网发电系统中，由于单块太阳能面板输出电压低，所以一般需要多块太阳能面板进行串并联来组成光伏阵列。这就需要占用很大面积的土地，并且在潮湿环境下光伏阵列对地寄生电容较大。非隔离并网逆变电路一般工作在高频状态，有可能在光伏阵列输出的直流电压上产生高频电压干扰信号，从而在光伏阵列对地寄生电容上产生高频对地漏电流(也称共模电流)，该高频漏电流不仅会带来传导和辐射干扰，增加进网电流谐波含量和系统损耗，而且会危及相关对设备和人员安全，因此共模电流的抑制一直是非隔离型光伏并网逆变器需要解决的首要问题。
在现有技术中，光伏并网逆变器拓扑结构通常有半桥式和全桥式两种形式。其中，半桥式结构能够有效的控制共模电流的产生，但是由于它对直流侧的电压利用率较低，不能满足光伏并网逆变器的转化效率。全桥式拓扑结构也可有效控制共模电流，常见的有H4全桥结构、Heric全桥结构等。H4全桥结构在双极性控制条件下，光伏并网发电系统产生的共模电流也很小，但是由于它在滤波过程中电感的波动很大，从而要增加电感的阻值，这使得光伏发电系统成本进一步提高，导致光伏并网逆变器转换效率变低。Heric型拓扑，虽然能够有效地解决漏电流问题，但是其成本较高，转换效率不理想。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非隔离型逆变器装置及其控制方法与具有其的光伏系统，以解决现有技术中的一或多个缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供一种非隔离型逆变器装置，其特征在于，所述逆变器装置包括：
直流端口，所述直流端口包括第一端和第二端；
交流端口，所述交流端口包括第一端和第二端；
五个开关，包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关以及第五开关，每一所述开关具有第一端和第二端，
其中，所述第一开关的第一端与所述第五开关的第一端电性耦接至所述直流端口的第一端，所述第二开关的第二端与所述第四开关的第一端电性耦接至所述直流端口的第二端和所述交流端口的第二端，所述第三开关的第一端与所述第一开关的第二端电性耦接至所述交流端口的第一端，所述第三开关的第二端电性耦接至所述第四开关的第二端；
第一电感，电性耦接于所述第二开关的第一端与所述第五开关的第二端之间；
第一电容，电性耦接于所述第二开关的第一端与所述第四开关的第二端之间；
续流元件，电性耦接于所述第三开关的第二端与所述第五开关的第二端之间；
其中，所述五个开关被配置为分别受控制信号的控制而使得所述逆变器装置能够在多个工作模态之间切换并向一电网传输有功功率或无功功率，且在至少一个所述工作模态时，所述交流端口与所述直流端口之间仅有一个开关开通。
在本发明的一实施例中，所述逆变器装置还包括滤波电路，并联地电性耦接于所述交流端口，用于产生输出电压，其中，所述滤波电路包括滤波电感和滤波电容，所述滤波电感电性耦接于所述交流端口的第一端和所述输出电压的第一端之间，所述滤波电容并联耦接于所述输出电压的第一端和第二端。
在本发明的一实施例中，所述逆变器装置具有第一工作模式，在所述第一工作模式下，所述第一开关和所述第三开关处于高频开关状态并互补开通，所述第二开关保持关断状态，所述第四开关和所述第五开关保持开通状态。
在本发明的一实施例中，所述逆变器装置具有第二工作模式，在所述第二工作模式下，所述第一开关保持关断状态，所述第二开关和所述第四开关处于高频开关状态并互补开通，所述第三开关保持开通状态，所述第五开关处于高频开关状态。
在本发明的一实施例中，所述第五开关在所述第二开关关断的瞬间开通，且所述第五开关的开通时间与所述第二开关的开通时间相等。
在本发明的一实施例中，所述第一开关和所述第三开关受脉宽调制信号控制进行高频动作。
在本发明的一实施例中，所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关受脉宽调制信号控制进行高频动作。
在本发明的一实施例中，所述续流元件包括可控开关器件或不可控开关器件。
为了实现上述目的，本发明还提供一种光伏系统，其特点在于，所述光伏系统具有如上任一所述的非隔离型逆变器装置，且所述直流端口电性耦接于至少一光伏面板，所述交流端口电性耦接于电网。
为了实现上述目的，本发明又提供一种用于如上所述的非隔离型逆变器装置的控制方法，其特点在于，
控制所述逆变器装置工作于第一工作模式，使交流端口的第一端至第二端的电压瞬时值为正值；
控制所述逆变器装置工作于第二工作模式，使交流端口的第一端至第二端的电压瞬时值为负值。
在本发明的又一实施例中，所述第一工作模式包括：
所述第一开关和所述第三开关处于高频开关状态并互补开通，所述第二开关保持关断状态，所述第四开关和所述第五开关保持开通状态。
在本发明的又一实施例中，所述第二工作模式包括：
所述第一开关保持关断状态，所述第二开关和所述第四开关处于高频开关状态并互补开通，所述第三开关保持开通状态，所述第五开关处于高频开关状态。
在本发明的又一实施例中，所述第五开关在所述第二开关关断的瞬间开通，且所述第五开关的开通时间与所述第二开关的开通时间相等。
在本发明的又一实施例中，所述第一开关和所述第三开关受脉宽调制信号控制进行高频动作。
在本发明的又一实施例中，所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关受脉宽调制信号控制进行高频动作。
本发明可以有效减少开关器件的损耗，并可有效提高光伏并网发电系统的转换效率，以及降低光伏并网发电系统的成本。本发明还可以有效的抑制共模电流。
以下将以实施方式对上述的说明作详细的描述，并对本发明的技术方案提供更进一步的解释。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1A为本发明一较佳的非隔离型逆变器装置的电路结构示意图；
图1B为图1A的电路结构的变形示意图，以便于分析；
图2A为本发明的非隔离型逆变器装置输出有功功率时在第一工作模式下处于第一工作模态时的电路连接示意图；
图2B为图2A的等效电路示意图；
图3A为本发明的非隔离型逆变器装置输出有功功率时在第一工作模式下处于第二工作模态时的电路连接示意图；
图3B为图3A的等效电路示意图；
图4A为本发明的非隔离型逆变器装置输出有功功率时在第二工作模式下处于第三工作模态时的电路连接示意图；
图4B为图4A的等效电路示意图；
图5A为本发明的非隔离型逆变器装置输出有功功率时在第二工作模式下处于第四工作模态时的电路连接示意图；
图5B为图5A的等效电路示意图；
图6A为本发明的非隔离型逆变器装置输出有功功率时在第二工作模式下处于第五工作模态时的电路连接示意图；
图6B为图6A的等效电路示意图；
图7A为本发明的非隔离型逆变器装置输出有功功率时在第二工作模式下处于第六工作模态时的电路连接示意图；
图7B为图7A的等效电路示意图；
图8A为本发明的非隔离型逆变器装置输出无功功率时在第一工作模式下处于第一工作模态时的电路连接示意图；
图8B为图8A的等效电路示意图；
图9A为本发明的非隔离型逆变器装置输出无功功率时在第一工作模式下处于第二工作模态时的电路连接示意图；
图9B为图9A的等效电路示意图；
图10A为本发明的非隔离型逆变器装置输出无功功率时在第二工作模式下处于第三工作模态时的电路连接示意图；
图10B为图10A的等效电路示意图；
图11A为本发明的非隔离型逆变器装置输出无功功率时在第二工作模式下处于第四工作模态时的电路连接示意图；
图11B为图11A的等效电路示意图；
图12A为本发明的非隔离型逆变器装置输出无功功率时在第二工作模式下处于第五工作模态时的电路连接示意图；
图12B为图12A的等效电路示意图；
图13A为本发明的非隔离型逆变器装置输出无功功率时在第二工作模式下处于第六工作模态时的电路连接示意图；
图13B为图13A的等效电路示意图；
图14A为本发明一较佳的非隔离型逆变器装置中各开关在该第一工作模式和第二工作模式下对应的驱动信号示意图；
图14B为本发明一较佳的非隔离型逆变器装置受如图14A所示的驱动信号调制控制后对应产生的输出电感电流和输出电压的波形示意图。
具体实施方式
为了使本发明的叙述更佳详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施例，附图中相同的号码代表相同或相似的组件。另一方面，众所周知的组件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本发明造成不必要的限制。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明的过程或符号，均是本领域技术人员可参照现有技术理解或实现的。
本发明一较佳的非隔离型逆变器装置的电路结构如图1A所示，为方便分析将其变形为如图1B所示形态，其可应用于一光伏并网系统中，并可用于将一直流电压Upv转换为交流电压Us。其中，所述直流电压Upv为直流端口的第一端(如“+”端)至第二端(如“-”端)之间的电压，可来自于至少一光伏面板；所述交流电压Us为交流端口的第一端(如N1端)和第二端(如N2端)之间的电压，所述非隔离型逆变器装置可用以将所述光伏面板产生的直流电压转换为交流电压。如图1A～1B所示，本发明的逆变器装置可包括五个开关S1～S5、第一电感L、第一电容C以及续流元件(例如续流二极管D)。其中，所述五个开关S1～S5包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4以及第五开关S5，这些开关S1～S5中每一开关至少具有第一端和第二端。并且，所述第一开关S1的第一端与所述第五开关S5的第一端是电性耦接至所述直流电压Upv的第一端(例如“+”端)，所述第二开关S2的第二端与所述第四开关S4的第一端是电性耦接至所述直流电压Upv的第二端(例如“-”端)和所述交流电压Us的第二端N2，所述第三开关S3的第一端与所述第一开关S1的第二端是电性耦接至所述交流电压Us的第一端N1，所述第三开关S3的第二端是电性耦接至所述第四开关S4的第二端。所述第一电感L是电性耦接于所述第二开关S2的第一端与所述第五开关S5的第二端之间，其用于在功率传输阶段起滤波作用，并在续流阶段作为电流源存在。所述第一电容C是电性耦接于所述第二开关S2的第一端与所述第四开关S4的第二端之间。所述续流元件可以是可控开关器件或不可控开关器件，例如续流二极管D，二极管D电性耦接于所述第三开关S3的第二端与所述第五开关S5的第二端之间，其可在必要的时候提供续流通路。
在本发明中，所述五个开关S1～S5可被配置为分别受控制信号的控制而使得所述逆变器装置能够在多个工作模态之间切换并向一电网传输有功功率或无功功率。并且，在至少一个所述工作模态时，所述交流电压Us与所述直流电压Upv之间可仅有一个开关开通。
在本发明中，较佳地，所述逆变器装置还可进一步包括滤波电路，如图1中虚线框内部分所示，所述滤波电路是并联地电性耦接于所述交流电压Us，用于产生输出电压Uo。其中，所述滤波电路可包括滤波电感Lf和滤波电容Cf，所述滤波电感Lf是电性耦接于所述交流电压Us的第一端N1和所述输出电压Uo的第一端(例如“+”端)之间，所述滤波电容Cf是并联耦接于所述输出电压Uo的第一端(例如“+”端)和第二端(例如“-”端)。
在本发明中，较佳地，所述直流电压Upv与所述交流电压Us是直接共地连接。较佳地，所述直流电压Upv的第一端和第二端之间还可并联耦接一电容Cbus。
下面将结合图2A～图14B，详细说明本发明一较佳的非隔离型逆变器装置在输出有功功率或无功功率时的各个工作模态。其中，图2A～图7B示出了本发明的非隔离型逆变器装置在输出有功功率时的各个工作模态的电路连接状态和等效电路，图8A～图13B示出了本发明的非隔离型逆变器装置在输出无功功率时的各个工作模态的电路连接状态和等效电路。为了使得电路表示更加清晰，在图2A、图3A、图4A、图5A…图13A中，相对图1B处于关断状态的开关及其所在支路，以及其他处于断开状态的支路在图中以灰色表示。
其中，当逆变器装置输出有功功率(此时电网吸收有功功率)时，其稳态工作时可具有6个工作模态，分别如下所述：
(1)在工频电压的正半周期阶段，此时逆变器装置工作于第一工作模式，在此阶段，开关S5和开关S4是保持开通状态，开关S2是保持关断状态，开关S1和开关S3是处于高频开关状态(即可受脉宽调制信号控制进行高频动作)并互补开通，其中开关S1～S5的驱动信号的波形如图14A所示，所对应产生的输出电感电流和输出电压如图14B所示。逆变器装置在此阶段可具有以下两个工作模态：
工作模态1：此时逆变器装置的电路连接状态如图2A所示，即开关S5、S4、S1处于开通状态，开关S2、S3处于关断状态。工作模态1的等效电路如图2B所示。此时直流电压Upv对滤波电感Lf充电，使得这个阶段输出电感电流iLf(t)绝对值增大，第一电感L处于储能阶段，第一电容C的端电压等于直流电压Upv。
工作模态2：此时逆变器装置的电路连接状态如图3A所示，即开关S5、S4、S3处于开通状态，开关S1、S2处于关断状态。工作模态2的等效电路如图3B所示。此阶段输出电感电流不能突变，开关S3、S4为其提供了续流通路，滤波电感Lf中的能量传输给滤波电容Cf并对其进行充电，输出电感电流iLf(t)绝对值逐渐减小。
如上所述，该逆变器装置在工频电压的正半周期是工作于第一工作模式，互补开通的开关S1、S3受SVPWM脉冲调制控制输出电压Uo为正弦波形，如图14B所示。第一电容C的端电压等于直流电压Upv，且当工作于工作模态1时，交流电压Us与直流电压Upv之间仅有一个开关开通，与全桥式拓扑结构相比降低了损耗，提高了转换效率。
(2)在工频电压的负半周期阶段，此时逆变器装置工作于第二工作模式，在此阶段，开关S3是保持开通，开关S1是保持关断，而开关S2、S4、S5是处于高频开关状态(即可受脉宽调制信号控制进行高频动作)，其中开关S2和S4是互补开通，开关S5在开关S2关断的瞬间开通且开关S5的导通时间与开关S2的导通时间相等(即开关S5的占空比等于开关S2的占空比)。该逆变器装置在此阶段可具有以下四个工作模态：
工作模态3：此时逆变器装置的电路连接状态如图4A所示，即开关S2、S3、S5处于开通状态，开关S1、S4处于关断状态。工作模态3的等效电路如图4B所示。此阶段直流电压Upv对第一电感L充电，电感电流iL(t)绝对值增大，第一电感L处于储能阶段。此时输出电感电流完全由第一电容C提供，同时第一电容C对滤波电容Cf充电，能量从第一电容C中传输给滤波电容Cf。
工作模态4：此时逆变器装置的电路连接状态如图5A所示，即开关S3、S4、S5处于开通状态，开关S1、S2处于关断状态。工作模态4的等效电路如图5B所示。此阶段直流电压Upv和第一电感L同时给第一电容C充电。滤波电感Lf中的电流不能突变，开关S3、S4为其提供了续流通路。
工作模态5：此时逆变器装置的电路连接状态如图6A所示，即开关管S3、S4处于开通状态，开关S1、S2、S5处于关断状态。工作模态5的等效电路如图6B所示。此阶段第一电感L中的电流不能突变，续流二极管D为其提供了续流通路。滤波电感Lf中的电流不能突变，开关S3、S4为其提供了续流通路。
工作模态6：此时逆变器装置的电路连接状态如图7A所示，即开关S2、S3处于开通状态，开关S1、S4、S5处于关断状态。工作模态6的等效电路如图7B所示。此阶段第一电容C对滤波电容Cf充电，能量从第一电容C中传输给滤波电容Cf。
如上所述，该逆变器装置在工频电压的负半周期，互补开通的开关S2、S4受SVPWM脉冲调制控制输出电压Uo为正弦波形，如图14B所示。
在本发明中，当逆变器装置输出无功功率时，其稳态工作时可具有6个工作模态，其电路连接状态和等效电路如图8A～图13B所示，由于其工作原理如上输出有功功率的工作原理类似，不同之处仅在于输出滤波电感Lf的电流反向(例如图3B、5B、6B中虚线所示的电流方向分别与图9B、11B、12B中虚线所示的电流方向反向)，电网吸收无功功率，故在此不再赘述。
本发明还提供了一种光伏系统，所述光伏系统具有如上所述的非隔离型逆变器装置(例如图1A、图1B所示)，且其中所述直流电压Upv例如可来自于至少一光伏面板，所述交流电压Us可与一电网电性耦接，例如可进一步通过一滤波电路与电网耦接，所述非隔离型逆变器装置可用以将所述光伏面板产生的直流电压转换为交流电压。
较佳地，在本发明的光伏系统中，可将光伏面板和电网侧直接共地连接，光伏面板的寄生电容上没有共模电压产生，因此不会产生共模漏电流，如此即可从根源上杜绝了共模电流的产生，可以有效的解决非隔离型逆变器中由于不采用变压器而造成的共模漏电流问题。
本发明还提供了一种用于如上所述的非隔离型逆变器装置的控制方法，其包括：
控制逆变器装置工作于第一工作模式，使交流端口的第一端至第二端的电压瞬时值为正值；
控制所述逆变器装置工作于第二工作模式，使交流端口的第一端至第二端的电压瞬时值为负值。
在本发明中，当所述逆变器装置工作于第一工作模式时，所述第一开关S1和所述第三开关S3处于高频开关状态并互补开通，所述第二开关S2保持关断状态，所述第四开关S4和所述第五开关S5保持开通状态。较佳地，所述第一开关S1和所述第三开关S3是受脉宽调制信号控制进行高频动作。
在本发明中，当所述逆变器装置工作于第二工作模式时，所述第一开关S1保持关断状态，所述第二开关S2和所述第四开关S4处于高频开关状态并互补开通，所述第三开关S3保持开通状态，所述第五开关S5处于高频开关状态。较佳地，所述第五开关S5是在所述第二开关S2关断的瞬间开通，且所述第五开关S5的开通时间与所述第二开关S2的开通时间相等。并且，较佳地，所述第二开关S2、所述第四开关S4和所述第五开关S5是受脉宽调制信号控制进行高频动作。
综上所述，本发明具有如下优点：
1)减少了高频开关器件的损耗，提高了转换效率；
2)在续流回路中引入二极管，从而使电路处在续流阶段时电流不经过开关管的体二极管，有利于获得更高效率；
3)能够传输有功功率或无功功率，并且能够有效的抑制共模漏电流，同时提高并网发电系统的效率。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (15)

1.一种非隔离型逆变器装置，其特征在于，所述逆变器装置包括：
直流端口，所述直流端口包括第一端和第二端；
交流端口，所述交流端口包括第一端和第二端；
五个开关，包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关以及第五开关，每一所述开关具有第一端和第二端，
其中，所述第一开关的第一端与所述第五开关的第一端电性耦接至所述直流端口的第一端，所述第二开关的第二端与所述第四开关的第一端电性耦接至所述直流端口的第二端和所述交流端口的第二端，所述第三开关的第一端与所述第一开关的第二端电性耦接至所述交流端口的第一端，所述第三开关的第二端电性耦接至所述第四开关的第二端；
第一电感，电性耦接于所述第二开关的第一端与所述第五开关的第二端之间；
第一电容，电性耦接于所述第二开关的第一端与所述第四开关的第二端之间；
续流元件，电性耦接于所述第三开关的第二端与所述第五开关的第二端之间；
其中，所述五个开关被配置为分别受控制信号的控制而使得所述逆变器装置能够在多个工作模态之间切换并向一电网传输有功功率或无功功率，且在至少一个所述工作模态时，所述交流端口与所述直流端口之间仅有一个开关开通。
2.根据权利要求1所述的非隔离型逆变器装置，其特征在于，所述逆变器装置还包括滤波电路，并联地电性耦接于所述交流端口，用于产生输出电压，其中，所述滤波电路包括滤波电感和滤波电容，所述滤波电感电性耦接于所述交流端口的第一端和所述输出电压的第一端之间，所述滤波电容并联耦接于所述输出电压的第一端和第二端。
3.根据权利要求1所述的非隔离型逆变器装置，其特征在于，所述逆变器装置具有第一工作模式，在所述第一工作模式下，所述第一开关和所述第三开关处于高频开关状态并互补开通，所述第二开关保持关断状态，所述第四开关和所述第五开关保持开通状态。
4.根据权利要求1所述的非隔离型逆变器装置，其特征在于，所述逆变器装置具有第二工作模式，在所述第二工作模式下，所述第一开关保持关断状态，所述第二开关和所述第四开关处于高频开关状态并互补开通，所述第三开关保持开通状态，所述第五开关处于高频开关状态。
5.根据权利要求4所述的非隔离型逆变器装置，其特征在于，所述第五开关在所述第二开关关断的瞬间开通，且所述第五开关的开通时间与所述第二开关的开通时间相等。
6.根据权利要求3所述的非隔离型逆变器装置，其特征在于，所述第一开关和所述第三开关受脉宽调制信号控制进行高频动作。
7.根据权利要求4所述的非隔离型逆变器装置，其特征在于，所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关受脉宽调制信号控制进行高频动作。
8.根据权利要求1所述的非隔离型逆变器装置，其特征在于，所述续流元件包括可控开关器件或不可控开关器件。
9.一种光伏系统，其特征在于，所述光伏系统具有如权利要求1～8中任一权利要求所述的非隔离型逆变器装置，且所述直流端口电性耦接于至少一光伏面板，所述交流端口电性耦接于电网。
10.一种用于如权利要求1所述的非隔离型逆变器装置的控制方法，其特征在于，
控制所述逆变器装置工作于第一工作模式，使交流端口的第一端至第二端的电压瞬时值为正值；
控制所述逆变器装置工作于第二工作模式，使交流端口的第一端至第二端的电压瞬时值为负值。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，当所述逆变器装置工作于第一工作模式时，所述第一开关和所述第三开关处于高频开关状态并互补开通，所述第二开关保持关断状态，所述第四开关和所述第五开关保持开通状态。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，当所述逆变器装置工作于第二工作模式时，所述第一开关保持关断状态，所述第二开关和所述第四开关处于高频开关状态并互补开通，所述第三开关保持开通状态，所述第五开关处于高频开关状态。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述第五开关在所述第二开关关断的瞬间开通，且所述第五开关的开通时间与所述第二开关的开通时间相等。
14.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述第一开关和所述第三开关受脉宽调制信号控制进行高频动作。
15.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关受脉宽调制信号控制进行高频动作。
CN201910527412.3A 2019-06-18 2019-06-18 非隔离型逆变器装置及其控制方法与具有其的光伏系统 Active CN112104249B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910527412.3A CN112104249B (zh) 2019-06-18 2019-06-18 非隔离型逆变器装置及其控制方法与具有其的光伏系统
US16/805,817 US10965220B2 (en) 2019-06-18 2020-03-01 Non-isolated inverting apparatus, control method thereof and photovoltaic system having the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910527412.3A CN112104249B (zh) 2019-06-18 2019-06-18 非隔离型逆变器装置及其控制方法与具有其的光伏系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112104249A CN112104249A (zh) 2020-12-18
CN112104249B true CN112104249B (zh) 2021-06-18

Family

ID=73748781

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910527412.3A Active CN112104249B (zh) 2019-06-18 2019-06-18 非隔离型逆变器装置及其控制方法与具有其的光伏系统

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10965220B2 (zh)
CN (1) CN112104249B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114844519B (zh) * 2022-04-06 2023-10-10 杭州海康威视数字技术股份有限公司 一种本安电路与非本安电路的隔离装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102163935A (zh) * 2011-03-04 2011-08-24 东南大学 带交流旁路单元的光伏并网逆变器
CN105471300A (zh) * 2015-12-25 2016-04-06 北京交通大学 H5-d型非隔离光伏并网逆变器及其调制方法
CN107959433A (zh) * 2017-12-21 2018-04-24 阳光电源股份有限公司 一种抑制漏电流的逆变器及逆变系统
JP2019022270A (ja) * 2017-07-13 2019-02-07 住友電気工業株式会社 電力変換装置及びコモンモード電流の低減方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5576940A (en) * 1995-01-09 1996-11-19 General Electric Company Front-end power converter for distributed power systems
US5774351A (en) * 1996-05-21 1998-06-30 National Science Council Series resonant DC-to-AC inverter system
US20110019453A1 (en) * 2007-11-30 2011-01-27 Roberto Gonzalez Senosiain Electric circuit for converting direct current into alternating current
EP2237403A1 (de) * 2009-03-30 2010-10-06 SMA Solar Technology AG Wechselrichter mit zwei asymmetrischen Brückenschaltungen und einem Freilaufpfad zur Entkopplung von Gleich- und Wechselspannungsseite
US9413268B2 (en) * 2012-05-10 2016-08-09 Futurewei Technologies, Inc. Multilevel inverter device and method
JP2018519787A (ja) * 2015-07-06 2018-07-19 ティーエム４・インコーポレーテッド 電圧コンバータのスイッチング位相を軟化するための回路
CN107959429B (zh) * 2017-12-08 2020-05-12 河海大学文天学院 一种耦合电感升压逆变器及其控制方法
CN108448918B (zh) 2018-05-03 2019-09-27 中南大学 一种无变压器单相并网光伏逆变器
CN108988675A (zh) 2018-09-30 2018-12-11 华南理工大学 一种单相非隔离mosfet并网逆变器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102163935A (zh) * 2011-03-04 2011-08-24 东南大学 带交流旁路单元的光伏并网逆变器
CN105471300A (zh) * 2015-12-25 2016-04-06 北京交通大学 H5-d型非隔离光伏并网逆变器及其调制方法
JP2019022270A (ja) * 2017-07-13 2019-02-07 住友電気工業株式会社 電力変換装置及びコモンモード電流の低減方法
CN107959433A (zh) * 2017-12-21 2018-04-24 阳光电源股份有限公司 一种抑制漏电流的逆变器及逆变系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20200403529A1 (en) 2020-12-24
US10965220B2 (en) 2021-03-30
CN112104249A (zh) 2020-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102185514B (zh) 一种单相三电平逆变器
CN106253330B (zh) 一种光伏功率优化系统
CN103199727B (zh) 一种零电流转换全桥型非隔离光伏并网逆变器
CN103326606B (zh) 一种单相五电平逆变器
CN108599604B (zh) 一种单相七电平逆变电器及其pwm信号调制方法
CN102255544A (zh) Dc/ac逆变电路
CN105703652A (zh) 对高频隔离dc/ac逆变器电路的控制方法和电路
CN102088252B (zh) 一种开关电容实现无变压器型逆变器及应用
CN106329565B (zh) 一种光伏功率优化系统的数据通信方法
Lodh et al. Single stage multi-port Flyback type solar PV module integrated micro-inverter with battery backup
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
CN107404249B (zh) 一种低漏电流并网逆变电路及其控制方法
CN104242716A (zh) 高可靠无开关损耗型非隔离逆变器及其开关控制时序
CN112104249B (zh) 非隔离型逆变器装置及其控制方法与具有其的光伏系统
CN110071652B (zh) 一种低漏电流五开关非隔离单相光伏并网逆变器及并网系统
Lorenzani et al. Ground leakage current in PV three-phase current source inverter topologies
CN105703645A (zh) 高频隔离dc/ac逆变器电路以及控制方法
CN201994870U (zh) 一种开关电容实现无变压器型逆变器
CN111404409A (zh) 基于mmc的多端口电力电子变压器拓扑及其控制方法
Zhang et al. A hybrid control method for photovoltaic grid-connected interleaved flyback micro-inverter to achieve high efficiency in wide load range
CN111900892B (zh) 地铁双向变流有源中点钳位三电平逆变器的脉冲控制方法
CN204696955U (zh) 一种采用变压器辅助谐振的光伏逆变器
CN113708408A (zh) 自适应光照条件的多输出模式单相光伏逆变器及控制方法
CN102412748A (zh) 一种光伏并网逆变器及其控制方法
CN113783455A (zh) 一种可抑制漏电流的光伏逆变器及其控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant