CN201994871U - 光伏并网六开关管全桥逆变器 - Google Patents

光伏并网六开关管全桥逆变器 Download PDF

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Abstract

光伏并网六开关管全桥逆变器，采用单极性调制策略，在保留单极性调制无工频变压器隔离四开关管全桥逆变器效率高的特点同时，共模电压较小。光伏并网六开关管全桥逆变器，包括输入端的直流电源并联电路以及输出端的与交流电网并联电路；所述输入端的直流电源并联电路包括两条并联支路，所述的交流电网并联电路包括两条并联支路，通过控制高频工作开关管关断时，电感电流经附加二极管支路续流，有效抑制了无变压器光伏并网逆变器漏电流问题，同时具有效率高特点。

Description

光伏并网六开关管全桥逆变器
技术领域
本实用新型涉及直流交流逆变器，特别是涉及光伏并网逆变器，属于电力电子变换器。
背景技术
光伏发电具有可持续发展、环境友好特点，在应对能源及环境危机问题上较有优势。通常并网发电逆变器标准拓扑为四开关管全桥结构，通过工频隔离变压器或直接并网发电。由于工频隔离变压器增加了系统成本，不利于重量体积优化，且效率较低，因而四开关管全桥拓扑是中小功率光伏并网系统首选方案。为进一步优化效率，单极性调制相比双极性调制在实际中应用更多。但不隔离光伏发电系统由于光伏面板占地较大，存在较大的寄生电容，而单极性调制相比双极性调制存在较大的共模电压，在没有工频变压器或高频变压器隔离情况下将有可能导致出现较大的共模电流威胁人身安全。
发明内容
技术问题： 本实用新型的目的是在研究上述技术的基础上，提出一种光伏并网六开关管全桥逆变器及其控制方法，采用单极性调制策略，在保留单极性调制无工频变压器隔离四开关管全桥逆变器效率高的特点同时，共模电压较小。
技术方案：本实用新型提出的一种六开关管全桥逆变器，包括与输入直流电源并联电路以及与交流电网并联电路,
本实用新型的光伏并网六开关管全桥逆变器包括输入端的直流电源并联电路以及输出端的与交流电网并联电路:
所述输入端的直流电源并联电路包括两条并联支路，第一条支路连接的顺序是：电源正端、第一开关管、第五开关管、第三开关管、电源负端；第二条支路连接的顺序是：电源正端、第二开关管、第六开关管、第四开关管、电源负端；
所述的交流电网并联电路包括两条并联支路，第一条支路连接的顺序是:第一滤波电感、交流电网、第二滤波电感、第一二极管、第五开关管；第二条支路连接的顺序是:第一滤波电感、交流电网、第二滤波电感、第二二极管、第六开关管。
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
为双极型晶体管、金属氧化物场效应管或绝缘栅双极型晶体管。
有益效果：本实用新型公开了一种六开关管全桥逆变器，包括六个开关管，两个二极管，两个输出滤波电感。配合其控制方法，本发明避免使用开关管体二极管，实现了光伏并网发电无变压器隔离情况下，高效率，无漏电流问题有源并网逆变。
附图说明
图1为所本实用新型所提出的并网六开关管全桥逆变器拓扑。
图2为电网电压正半周时,与输入电源并联支路开关管导通时，输入电源向电网传输能量电路，其中N点为直流输入负端，E点为交流电网零线。
图3为电网电压正半周时,与输入电源并联支路开关管关断时，电网侧续流电路。
其中包括：第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6；第一滤波电感L1、第二滤波电感L2；交流电网Vgrid、第一二极管D1、第二二极管D2。
图4为并网六开关管全桥拓扑工作时控制方法示意图，从上到下依次是各开关管驱动信号、并网交流电压、电感L1电流(即并网电流)。
图5为六开关管全桥拓扑共模电压、共模电流波形，从上到下依次是桥臂输出电压对直流母线负端共模电压、直流母线负端对地共模电压、共模电流。
具体实施方式
以下结合具体实施方式并对照附图，对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型所提出的并网六开关管全桥拓扑电路，包括与输入直流电源并联电路以及与交流电网并联电路。与输入电源并联电路，包括两条并联支路，第一条支路连接的顺序是：电源正端、第一开关管、第五开关管、第三开关管、电源负端；第二条支路连接的顺序是：电源正端、第二开关管、第六开关管、第四开关管、电源负端。与交流电网并联电路，包括两条并联支路，第一条支路由第一滤波电感、交流电网、第二滤波电感、第一二极管、第五开关管构成；第二条支路由第一滤波电感、交流电网、第二滤波电感、第二二极管、第六开关管构成。
图2、3分别给出电网电压正半周时,与输入电源并联支路开关管导通时，输入电源向电网传输能量电路以及与输入电源并联支路开关管关断时，电网侧续流电路。电网电压正半周时，第五开关管直通，第一开关管、第四开关管高频开关，第二开关管、第六开关管、第三开关管关断；第一开关管、第四开关管导通时，输入电源经第一开关管、第五开关管、第一滤波电感、交流电网、第二滤波电感、第四开关管构成供电回路向电网供电；第一开关管、第四开关管关断时，并网电流经第五开关管、第一滤波电感、交流电网、第二滤波电感、第一二极管构成续流回路维持并网电流。
类似地，电网电压负半周时，第六开关管直通，第二开关管、第三开关管高频开关，第一开关管、第五开关管、第四开关管关断；第二开关管、第三开关管导通时，输入电源经第二开关管、第六开关管、第二滤波电感、交流电网、第一滤波电感、第三开关管构成供电回路向电网供电；第二开关管、第三开关管关断时，并网电流经第六开关管、第二滤波电感、交流电网、第一滤波电感、第二二极管构成续流回路维持并网电流。
图4为并网六开关管全桥拓扑工作时控制方法示意图，从上到下依次是各开关管驱动信号、并网交流电压、电感L1电流(即并网电流)，可以看出电网正半周时，第五开关管常开，第一、第四开关管高频开关；电网电压负半周，第六开关管常开，第二、第三开关管高频开关，为典型单极性调制策略。
图5为六开关管全桥拓扑共模电压、共模电流波形，从上到下依次是桥臂输出电压对直流母线负端共模电压、直流母线负端对地共模电压、共模电流。可以看出此时桥臂输出电压对直流母线负端共模电压基本恒定，直流母线负端对地共模电压基本为一直流分量上叠加低频分量，因而等效共模电容Cpv上流经共模电流很小，远低于标准中30mA有效值限制。
这里重要的是，通过第一、第三开关管或第二、第四开关管对称分配输入电源电压，由此优选具有相同特性的开关管。
此外通过续流回路经附加第一或第二二极管，避免了H4拓扑中特性较差的体二极管使用，尤其是避免了其反向恢复问题，因而变换器获得较高效率。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本方面的具体实施只限于这些说明。对本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干等同替代或明显变形，且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围，例如输出滤波电路还包含与电网并联电容，或单电感滤波、LCL滤波电路等。

Claims (2)

1.一种光伏并网六开关管全桥逆变器，包括输入端的直流电源并联电路以及输出端的与交流电网并联电路,其特征在于:
所述输入端的直流电源并联电路包括两条并联支路，第一条支路连接的顺序是：电源正端、第一开关管（S1）、第五开关管（S5）、第三开关管（S3）、电源负端；第二条支路连接的顺序是：电源正端、第二开关管（S2）、第六开关管（S6）、第四开关管（S4）、电源负端；
所述的交流电网并联电路包括两条并联支路，第一条支路连接的顺序是:第一滤波电感（L1）、交流电网（Vgrid）、第二滤波电感（L2）、第一二极管（D1）、第五开关管（S5）；第二条支路连接的顺序是:第一滤波电感（L1）、交流电网（Vgrid）、第二滤波电感（L2）、第二二极管（D2）、第六开关管（S6）。
2.如权利要求1所述的光伏并网六开关管全桥逆变器，其特征在于第一开关管（S1）、第二开关管（S2）、第三开关管（S3）、第四开关管（S4）、第五开关管（S5）、第六开关管（S6）为双极型晶体管、金属氧化物场效应管或绝缘栅双极型晶体管。
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