CN202930961U - 共模电压恒定的单相光伏并网发电电路 - Google Patents

共模电压恒定的单相光伏并网发电电路 Download PDF

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孙向东
张琦
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Abstract

本实用新型公开了一种共模电压恒定的单相光伏并网发电电路，用于连接在光伏阵列输出直流电压电路和滤波并网电路之间，本装置包括三开关桥臂电路、两开关桥臂电路和飞跨开关。本实用新型公开的光伏并网发电电路两个桥臂输出端与光伏阵列输出的直流电压端间形成的共模电压保持恒定，不会在光伏阵列与大地间所存在的寄生电容上产生共模电流。

Description

共模电压恒定的单相光伏并网发电电路
技术领域
本实用新型属于太阳能光伏发电技术领域，具体涉及一种共模电压恒定的单相光伏并网发电电路。
背景技术
能源是一个国家国民经济的基本动力，随着工业化进程的不断深入，世界各国对能源一直保持较高的需求。随着煤、天然气等化石能源的不断消耗，能源问题日渐突出。21世纪是太阳能利用的世纪，只要有阳光，光伏电池就可以发电，不受地域限制。随着各国政府的支持力度不断加大，光伏电池的生产种类、数量增多以及成本不断下降，同时光伏电池板可以替代建筑材料，这些都极大地促进了光伏发电事业的迅猛发展。单块太阳能电池板输出电压低，所以一般需要多块太阳能电池板进行串并联来组成光伏阵列。然而，光伏阵列占地面积较大，在雨天或潮湿的环境下对地寄生电容可达到200nF/kWp。单相非隔离型光伏发电并网逆变器功率器件的开关动作可能产生高频变化的电压，由于光伏阵列对地寄生电容的存在，因而导致在对地寄生电容上产生共模电流，这种高频共模电流的产生会带来传导和辐射干扰、并网电流谐波及损耗的增加，甚至造成设备和人身安全。因此要求单相非隔离光伏并网发电逆变电路必须具有抑制共模电流的措施。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种共模电压恒定的单相光伏并网发电电路，该电路的两个桥臂输出端与光伏阵列输出的直流电压端间形成的共模电压保持恒定，不会在光伏阵列与大地间所存在的寄生电容上产生共模电流。
本实用新型所采用的技术方案是，一种共模电压恒定的单相光伏并网发电电路，其特征在于，用于连接在光伏阵列输出直流电压电路和滤波并网电路之间，本装置包括三开关桥臂电路、两开关桥臂电路和飞跨开关；
光伏阵列输出直流电压电路具有直流母线正极端“+”和直流母线负极端“-”，滤波并网电路具有滤波并网电路第一连接端E和滤波并网电路第二连接端F；
三开关桥臂电路由第一功率开关S1、第五功率开关S5和第二功率开关S2开关依次正向串联后连接在光伏阵列输出直流电压电路的直流母线正极端“+”和直流母线负极端“-”之间，在第一功率开关S1发射极和第五功率开关S5集电极之间引出三开关桥臂第一连接端A，在第五功率开关S5发射极和第二功率开关S2集电极之间引出三开关桥臂第二连接端C；
两开关桥臂电路由第三功率开关S3和第四功率开关S4正向串联后连接在光伏阵列输出直流电压电路的直流母线正极端“+”和直流母线负极端“-”之间，在第三功率开关S3发射极和第四功率开关S4集电极之间引出两开关桥臂连接端B，
飞跨开关为第六功率开关S6，第六功率开关S6的集电极为飞跨开关第一连接端D且发射极为飞跨开关第二连接端G；
三开关桥臂第一连接端A与飞跨开关第一连接端D相连接，三开关桥臂第二连接端C与滤波并网电路第二连接端F相连接，两开关桥臂连接端B、飞跨开关第二连接端G和滤波并网电路第一连接端E相连接。
本实用新型共模电压恒定的单相光伏并网发电电路的有益效果是：实现了将该电路的两个桥臂输出端与光伏阵列输出的直流电压端间形成的共模电压保持恒定的电路方法，具有电路转换效率高、无变压器隔离、控制简单的优点，解决了共模电流抑制问题。
附图说明
图1是本实用新型共模电压恒定的单相光伏并网发电电路的模块框图；
图2是本实用新型共模电压恒定的单相光伏并网发电电路的电路连接图；
其中，PV表示光伏阵列，D1表示防反充功率二极管，C1表示直流母线滤波电容，“+”表示直流母线正极端，“-”表示直流母线负极端，S1-S6依次表示第一功率开关至第六功率开关，L1表示第一交流滤波电感，L2表示第二交流滤波电感，A和C分别表示三开关桥臂第一连接端和三开关桥臂第二连接端，B表示两开关桥臂连接端，D和G分别表示飞跨开关第一连接端和飞跨开关第二连接端，E和F分别表示滤波并网电路第一连接端和滤波并网电路第二连接端；
1.光伏阵列输出直流电压电路，2.三开关桥臂电路，3.两开关桥臂电路，4.飞跨开关，5.滤波并网电路。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实用新型共模电压恒定的单相光伏并网发电电路，用于连接在光伏阵列输出直流电压电路1和滤波并网电路5之间，本装置包括三开关桥臂电路2、两开关桥臂电路3和飞跨开关4。
光伏阵列输出直流电压电路1由光伏阵列PV、防反充功率二极管D1和直流母线滤波电容C1依次连接组成，光伏阵列输出直流电压电路1具有直流母线正极端“+”和直流母线负极端“-”。
滤波并网电路5由单相电网和连接在其两端的第一交流滤波电感L1和第二交流滤波电感L2组成，滤波并网电路5具有滤波并网电路第一连接端E和滤波并网电路第二连接端F。
三开关桥臂电路2由第一功率开关S1、第五功率开关S5和第二功率开关S2开关依次正向串联后连接在光伏阵列输出直流电压电路1的直流母线正极端“+”和直流母线负极端“-”之间，在第一功率开关S1发射极和第五功率开关S5集电极之间引出三开关桥臂第一连接端A，在第五功率开关S5发射极和第二功率开关S2集电极之间引出三开关桥臂第二连接端C。
两开关桥臂电路3由第三功率开关S3和第四功率开关S4正向串联后连接在光伏阵列输出直流电压电路1的直流母线正极端“+”和直流母线负极端“-”之间，在第三功率开关S3发射极和第四功率开关S4集电极之间引出两开关桥臂连接端B。
飞跨开关4为第六功率开关S6，第六功率开关S6的集电极为飞跨开关第一连接端D且发射极为飞跨开关第二连接端G。
三开关桥臂第一连接端A与飞跨开关第一连接端D相连接，三开关桥臂第二连接端C与滤波并网电路第二连接端F相连接，两开关桥臂连接端B、飞跨开关第二连接端G和滤波并网电路第一连接端E相连接。
第一功率开关S1至第六功率开关S6为绝缘栅双极型晶体管IGBT或功率MOSFET。
本实用新型的工作原理是：
1）连接在直流母线正极端“+”的第一功率开关S1和第三功率开关S3，以及连接在直流母线负极端“-”的第二功率开关S2和第四功率开关S4，均以高频开关频率例如20kHz的单极性PWM信号进行触发。其中，第二功率开关S2、第三功率开关S3是电网电压正半周时同时开通和关断，第一功率开关S1和第四功率开关S4是电网电压负半周时同时开通和关断。而第五功率开关S5和第六功率开关S6则以单相电网频率例如50Hz的低频信号进行触发，其中，第六功率开关S6是电网电压正半周时一直导通，第五功率开关S5是电网电压负半周时一直导通。
2）电网电压正半周时，第六功率开关S6一直导通，第一功率开关S 1、第四功率开关S4和第五功率开关S5一直关断，第二功率开关S2和第三功率开关S3同时以PWM方式进行开通与关断。
当第二功率开关S2和第三功率开关S3同时开通时，光伏阵列产生的电流通过防反充功率二极管D1、第三功率开关S3、第一交流滤波电感L1、单相电网、第二交流滤波电感L2和第二功率开关S2进行流动。此时两开关桥臂连接端B和三开关桥臂第二连接端C对直流母线负极端“-”的共模电压等于光伏阵列输出直流电压的一半。
当第二功率开关S2和第三功率开关S3同时关断时，线路上的电流经过第一交流滤波电感L1、单相电网、第二交流滤波电感L2、第五功率开关S5的反并联二极管、第六功率开关S6进行续流。此时两开关桥臂连接端B和三开关桥臂第二连接端C对直流母线负极端“-”的共模电压也等于光伏阵列输出直流电压的一半。可见在电网电压正半周时共模电压保持不变。
3）电网电压负半周时，第五功率开关S5一直导通，第二功率开关S2、第三功率开关S3和第六功率开关S6一直关断，第一功率开关S1和第四功率开关S4同时以PWM方式进行开通与关断。
当第一功率开关S1和第四功率开关S4同时开通时，光伏阵列产生的电流通过防反充功率二极管D1、第一功率开关S1、第五功率开关S5、第二交流滤波电感L2、单相电网、第一交流滤波电感L1和第四功率开关S4进行流动。此时两开关桥臂连接端B和三开关桥臂第二连接端C对直流母线负极端“-”的共模电压仍然等于光伏阵列输出直流电压的一半。
当第一功率开关S1和第三功率开关S4同时关断时，线路上的电流经过第五功率开关S5、第二交流滤波电感L2、单相电网、第一交流滤波电感L1、第六功率开关S6的反并联二极管进行续流。此时两开关桥臂连接端B和三开关桥臂第二连接端C对直流母线负极端“-”的共模电压也等于光伏阵列输出直流电压的一半。可见在电网电压负半周时共模电压也保持不变。
总之，不管电网电压处于正半周还是负半周，两开关桥臂连接端B和三开关桥臂第二连接端C对直流母线负极端“-”的共模电压总是等于光伏阵列输出直流电压的一半，所以共模电压一直保持不变，可见该电路不会在光伏阵列与大地间所存在的寄生电容上产生共模电流。

Claims (1)

1.一种共模电压恒定的单相光伏并网发电电路，其特征在于，用于连接在光伏阵列输出直流电压电路（1）和滤波并网电路（5）之间，本装置包括三开关桥臂电路（2）、两开关桥臂电路（3）和飞跨开关（4）；
所述光伏阵列输出直流电压电路（1）具有直流母线正极端“+”和直流母线负极端“-”，所述滤波并网电路（5）具有滤波并网电路第一连接端E和滤波并网电路第二连接端F；
所述三开关桥臂电路（2）由第一功率开关S1、第五功率开关S5和第二功率开关S2开关依次正向串联后连接在光伏阵列输出直流电压电路（1）的直流母线正极端“+”和直流母线负极端“-”之间，在第一功率开关S1发射极和第五功率开关S5集电极之间引出三开关桥臂第一连接端A，在第五功率开关S5发射极和第二功率开关S2集电极之间引出三开关桥臂第二连接端C；
所述两开关桥臂电路（3）由第三功率开关S3和第四功率开关S4正向串联后连接在光伏阵列输出直流电压电路（1）的直流母线正极端“+”和直流母线负极端“-”之间，在第三功率开关S3发射极和第四功率开关S4集电极之间引出两开关桥臂连接端B；
所述飞跨开关（4）为第六功率开关S6，所述第六功率开关S6的集电极为飞跨开关第一连接端D且发射极为飞跨开关第二连接端G；
所述三开关桥臂第一连接端A与飞跨开关第一连接端D相连接，所述三开关桥臂第二连接端C与滤波并网电路第二连接端F相连接，所述两开关桥臂连接端B、飞跨开关第二连接端G和滤波并网电路第一连接端E相连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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