CN206251047U - 一种非隔离型光伏并网逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非隔离型光伏并网逆变器。其包括至少一个直流变换单元以及逆变单元、交流滤波单元，每个直流变换单元的输出端经由直流母线与逆变单元的输入端连接；每个直流变换单元包括依次连接的直流输入端、直流共模滤波电感、三电平DC/DC电路，以及共模吸收电路；所述模吸收电路的输入端与直流共模滤波电感的直流输入端连接，所述模吸收电路的输出端与所述直流母线电压中点连接。本实用新型有效解决了逆变系统中三电平DC/DC的共模漏电流抑制问题，提高了逆变器的性能，且电路简单，实现成本低。

Description

一种非隔离型光伏并网逆变器

技术领域

本实用新型涉及一种光伏并网逆变器，尤其涉及一种非隔离型光伏并网逆变器。

背景技术

目前，市场上的分布式光伏逆变器都采用效率高、重量轻、体积小、成本低，带DC/DC升压电路的无变压器型拓扑方式。直流输入经过DC/DC升压后具有MPPT跟踪电压范围大、多路输入独立MPPT跟踪的优点，可以适应城市、丘林地区等光照不均匀的场合，可以提高光伏系统的发电效率。

光伏逆变器中的DC/DC升压电路主要有两电平拓扑和三电平拓扑两种方式，三电平DC/DC较两电平，具有容量高、开关损耗和二极管反向恢复损耗低、开关器件承受电压应力低、电感量设计小、整体方案成本低等诸多优势；另外三电平DC/DC可以通过调节上下两个开关管的占空比对中点电位进行平衡控制输出，可以解决逆变电路的中点电压平衡问题，因此，三电平DC/DC在分布式非隔离型逆变器设计中应用优势较两电平比较大。但是非隔离型光伏逆变器系统中有共模漏电流抑制要求，由于光伏组件与电网之间非隔离，光伏组件的寄生电容与电网之间会形成共模回路，存在共模漏电流抑制问题，在光伏逆变器并网运行过程中经光伏组件寄生电容通道产生共模电流，致使光伏电池加速老化，从而影响其使用寿命；共模电流还存在其他严重危害，主要有漏电流过大对人身安全有威胁、共模干扰使输出电流波形发生畸变电能质量变差、对外有严重的电磁干扰问题、以及对光伏逆变器自身也会产生很大的影响等。因此在非隔离光伏并网逆变器发电系统中，对共模漏电流抑制有要求，在非隔离型逆变器设计过程中需要进行共模抑制，解决共模漏电流问题，来避免上述危害，并提高光伏逆变器的输出电能质量、运行的可靠性与稳定性、以及改善光伏逆变器的电磁兼容等。

鉴于分布式光伏逆变器发展需要与非隔离型光伏逆变器对共模漏电流抑制要求，非隔离型光伏逆变器在设计过程中需要选择合理的三电平DC/DC电路和共模漏电抑制方案，来抑制共模漏电流。

三电平DC/DC电路共模漏电流产生的主要原理是不对称性，尤其是在交错调制模式下产生的共模漏电流更大，但是考虑到成本与体积控制要求，三电平DC/DC电路工作在交错模式下开关频率可以提高一倍，大大降低了开关频率电流纹波，从而可以减小DC/DC升压滤波电感量的设计，利于光伏逆变器系统的成本与体积控制。

目前抑制共模电流的方法主要有：减小共模电压法、并联支路分流法、增加共模回路阻抗法三类。现有的三电平DC/DC技术中一般采用同步调制来减小共模漏电流的产生，并通过增加共模回路阻抗法来进行共模漏电流抑制，采用同步调制的三电平DC/DC升压无法通过提高开关频率的来降低DC/DC升压滤波电感量的设计，会导致逆变器系统设计成本的增加。共模回路阻抗法主要是增大共模电感量来抑制共模漏电流，但是共模电感损耗大，发热较重，同时共模电感易饱和，会造成系统的不稳定性。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种非隔离型光伏并网逆变器，有效解决了逆变系统中三电平DC/DC的共模漏电流抑制问题，提高了逆变器的性能，且电路简单，实现成本低。

本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种非隔离型光伏并网逆变器，包括至少一个直流变换单元以及逆变单元、交流滤波单元，每个直流变换单元的输出端经由直流母线与逆变单元的输入端连接；其特征在于，每个直流变换单元包括依次连接的直流输入端、直流共模滤波电感、三电平DC/DC电路，以及共模吸收电路；所述共模吸收电路的输入端与直流共模滤波电感的直流输入端连接，所述共模吸收电路的输出端与所述直流母线电压中点连接。

优选地，所述三电平DC/DC电路包括滤波电感，所述滤波电感包括对称绕制于同一磁芯上的两个电感绕组，两个电感绕组分别串接于所述三电平DC/DC电路的正输入端和负输入端。

优选地，所述磁芯为高磁导率非晶磁芯。

优选地，所述共模吸收电路包括两个电容和一个阻尼电阻，两个电容的一端分别连接所在直流变换单元中直流共模滤波电感的直流正输入端、直流负输入端，两个电容的另一端均与所述阻尼电阻的一端连接，阻尼电阻的另一端与所述直流母线电压中点连接。

优选地，所述共模吸收电路包括两个电容和两个阻尼电阻，其中一个电容和一个电阻串联后接于所在直流变换单元中直流共模滤波电感的直流正输入端与直流母线电压中点之间，另外一个电容和一个电阻串联后接于所在直流变换单元中直流共模滤波电感的直流负输入端与直流母线电压中点之间。

优选地，所述共模吸收电路包括第一～第四电容、第一～第三阻尼电阻和第一电感、第二电感，其中第一电阻与第一电感以及第一电容串联后与第二电容并联构成第一并联电路，第二电阻与第二电感以及第三电容串联后与第四电容并联构成第二并联电路，第一、第二并联电路的一端分别接于所在直流变换单元中直流共模滤波电感的直流正输入端与负输入端，第一、第二并联电路的另一端同时与第三电阻串联后接于直流母线电压中点。

相比现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过在直流共模滤波电感的直流输入端与直流母线电压中点之间接入一个共模吸收电路，使得直流共模滤波电感、共模吸收电路、三电平DC/DC电路形成一个共模环流回路，从而对三电平DC/DC产生的直流共模漏电流进行有效的分流抑制，避免了前级三电平DC/DC电路产生的共模漏电流引入交流侧，最终实现了整个光伏逆变系统的共模漏电流抑制，提高了系统性能。

本实用新型电路结构简单，实现成本较低，有利于推广。

附图说明

图1为一种现有光伏逆变系统的电路结构示意图；

图2为本实用新型的结构原理示意图；

图3为本实用新型第一个实施例的电路原理图；

图4为本实用新型第二个实施例的电路原理图；

图5为本实用新型第三个实施例的电路原理图；

图6为本实用新型第四个实施例的电路原理图；

图7为滤波电感的绕制方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明：

在现有非隔离型带三电平DC/DC升压的逆变器拓扑中，一般通过增加共模回路阻抗法进行共模抑制，例如图1所示的光伏逆变系统中，直流输入侧通过直流共模滤波电感进行共模漏电流抑制。由于三电平DC/DC产生的共模漏电流比较大，需要设计开关频率处感值比较大的共模滤波电感来抑制直流输入侧的共模漏电流，从而会导致直流共模滤波电感设计的体积大、成本高。也有相关文献利用电路的对称性原理，在图1的基础上将三电平DC/DC电路中的滤波电感分成两部分，分别放在输入电压的正相端和负相端，来减小三电平DC/DC产生的共模漏电流。但是由于器件的离散性，PWM驱动信号控制开关管动作无法保证电路的完全对称，因此该方法只能一定程度上减小了共模漏电流，无法完全抑制共模漏电流。由于前级三电平DC/DC输出中点与逆变模块中点相连，存在共模回路，因此三电平DC/DC产生的共模信号引入交流输出侧，导致逆变器交流输出共模漏电流的增大，会影响交流输出侧共模漏电流抑制方案的设计，并增加逆变器交流输出共模漏电流抑制的难度与设计成本。

为此，本实用新型提出了一种采用新的三电平DC/DC直流共模抑制方案的非隔离型光伏并网逆变器，其包括至少一个直流变换单元以及逆变单元、交流滤波单元，每个直流变换单元的输出端经由直流母线与逆变单元的输入端连接；每个直流变换单元包括依次连接的直流输入端、直流共模滤波电感、三电平DC/DC电路，以及共模吸收电路；所述共模吸收电路的输入端与直流共模滤波电感的直流输入端连接，所述共模吸收电路的输出端与所述直流母线电压中点连接。

图2显示了本实用新型的基本原理，如图2所示，本实用新型的原理是通过一个共模吸收电路与直流共模滤波电感、三电平DC/DC电路形成一个共模环流回路，该共模回路中共模吸收电路的正/负输入端分别与直流共模滤波电感Lm的正/负输入端相连，其输出端接入三电平DC/DC电路与逆变单元之间的直流母线电压中点，直流共模滤波电感Lm串接在直流输入端与三电平DC/DC电路之间。通过此共模回路对三电平DC/DC产生的直流共模漏电流进行分流抑制。所述共模吸收电路是由至少一个电容和至少一个阻尼电阻通过串联或并联或串并组合等方式连接而成的阻容电路，其中，阻尼电阻的作用是衰减共模电压，提高共模抑制效果，改善共模回路的谐振；电容的作用是有效分流共模漏电流流入直流输入端和交流电网；共模环流回路内的共模漏电流由直流共模滤波电感进行抑制。这样即可有效抑制直流输入三电平DC/DC电路所产生的共模漏电流，解决前级三电平DC/DC电路产生的共模漏电流引入交流侧的问题，最终实现了整个光伏逆变系统的共模漏电流抑制。

三电平DC/DC电路中的滤波电感Ldc优选采用共磁芯的双边电感形式，即在同一磁芯上对称绕制两个电感绕组，两个电感绕组分别串接于所述三电平DC/DC电路的正输入端和负输入端。这种方案可使三电平DC/DC电路中上、下开关管动作时电压对称跳变，来减小共模电压漏电流的产生。

图3显示了本实用新型第一个实施例的基本电路结构，如图3所示，本实施例中的共模吸收电路包括电容C1、C2和阻尼电阻R，电容C1、C2的一端分别连接直流共模滤波电感Lm的正、负输入端，另一端并联后与阻尼电阻R串联，阻尼电阻R另一端与所述三电平DC/DC电路和逆变单元之间的直流母线电压中点相连，直流共模滤波电感Lm串接在直流正负输入端与三电平DC/DC升压电路之间，形成一个共模环流回路，该回路可有效分流共模漏电流流入交流电网和直流输入端；阻尼电阻R能够有效衰减共模电压，提高共模抑制效果，改善共模回路的LC谐振现象。

图4显示了本实用新型第二个实施例的基本电路结构，其中的共模吸收电路由两个电容C1、C2和两个阻尼电阻R1、R2组成，电容C1、C2的一端分别与直流共模滤波电感Lm的正、负输入端连接，电容C1、C2另一端分别与阻尼电阻R1、R2串联后阻尼电阻R1、R2另一端再并联，并联一端与三电平DC/DC电路和逆变单元的直流母线电压中点相连。

图5显示了本实用新型第三个实施例的基本电路结构，其中的共模吸收电路由四个电容C1、C2、C11、C21、三个阻尼电阻R、R1、R2和两个电感L1、L2，其中电阻R1与电感L1以及电容C11串联后与电容C1并联构成第一并联电路，电阻R2与电感L2以及电容C21串联后与电容C2并联构成第二并联电路，第一、第二并联电路的一端分别接于所在直流变换单元中直流共模滤波电感的直流正输入端与负输入端，第一、第二并联电路的另一端同时与电阻R串联后接于直流母线电压中点。

本实用新型既适用于单路直流输入的逆变系统，也适用于多路直流输入的逆变系统。图6即显示了具有多路直流输入的一个实施例。

图7显示了采用共磁芯的双边电感的绕制方式，图中左侧为电感线圈的一种绕制方法，电感N1（S1-F1）为顺时针绕制，电感N2（S2-F2）为顺时针绕制，图中右侧为电感线圈另一种绕制方法，电感N1（S1-F1）为顺时针绕制，电感N2（S2-F2）为逆时针绕制。以第一种绕绕制为例，直流共模电感Lm的正相输出端与S1相连，F1与三电平DC/DC 开关管的正极相连，三电平DC/DC 开关管的负极与S2相连，F2与直流共模电感Lm的负相输出端相连，即L1（S1-F1）串接在所述三电平DC/DC电路的输入的正相端，L2(S2-F2)串接在所述三电平DC/DC电路的输入的负相端。基于双边电感形式的三电平DC/DC电路利用对称性原理，可减小共模电压漏电流的产生，来降低了直流共模滤波电感的设计难度，并且采用共磁芯的双边电感绕制形式，有利于体积和成本控制；优选采用高磁导率的非晶磁芯材料进行绕制。

Claims (6)

1.一种非隔离型光伏并网逆变器，包括至少一个直流变换单元以及逆变单元、交流滤波单元，每个直流变换单元的输出端经由直流母线与逆变单元的输入端连接；其特征在于，每个直流变换单元包括依次连接的直流输入端、直流共模滤波电感、三电平DC/DC电路，以及共模吸收电路；所述共模吸收电路的输入端与直流共模滤波电感的直流输入端连接，所述共模吸收电路的输出端与所述直流母线电压中点连接。

2.如权利要求1所述非隔离型光伏并网逆变器，其特征在于，所述三电平DC/DC电路包括滤波电感，所述滤波电感包括对称绕制于同一磁芯上的两个电感绕组，两个电感绕组分别串接于所述三电平DC/DC电路的正输入端和负输入端。

3.如权利要求2所述非隔离型光伏并网逆变器，其特征在于，所述磁芯为高磁导率非晶磁芯。

4.如权利要求1～3任一项所述非隔离型光伏并网逆变器，其特征在于，所述共模吸收电路包括两个电容和一个阻尼电阻，两个电容的一端分别连接所在直流变换单元中直流共模滤波电感的直流正输入端、直流负输入端，两个电容的另一端均与所述阻尼电阻的一端连接，阻尼电阻的另一端与所述直流母线电压中点连接。

5.如权利要求1～3任一项所述非隔离型光伏并网逆变器，其特征在于，所述共模吸收电路包括两个电容和两个阻尼电阻，其中一个电容和一个电阻串联后接于所在直流变换单元中直流共模滤波电感的直流正输入端与直流母线电压中点之间，另外一个电容和一个电阻串联后接于所在直流变换单元中直流共模滤波电感的直流负输入端与直流母线电压中点之间。

6.如权利要求1～3任一项所述非隔离型光伏并网逆变器，其特征在于，所述共模吸收电路包括第一～第四电容、第一～第三阻尼电阻和第一电感、第二电感，其中第一电阻与第一电感以及第一电容串联后与第二电容并联构成第一并联电路，第二电阻与第二电感以及第三电容串联后与第四电容并联构成第二并联电路，第一、第二并联电路的一端分别接于所在直流变换单元中直流共模滤波电感的直流正输入端与负输入端，第一、第二并联电路的另一端同时与第三电阻串联后接于直流母线电压中点。