CN218733949U - 一种单相非隔离型dcac变流器pcs - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单相非隔离型DCAC变流器PCS，包括H桥电路、半桥电路和整流桥，H桥电路的直流端用于连接直流母线，交流端用于连接电网，直流母线之间连接有一个串并联电容支路，电容支路的直流中点可以引出，电容支路由两组相同的电容串接构成。H桥电路的交流输出接整流桥的交流输入，整流桥直流输出接半桥电路，半桥电路的交流输出点接直流母线电容的中点。通过引入整流桥和半桥电路与直流电容中点的连接关系，将交流输出滤波电感电流续流期间桥口电压钳位至二分之一电池电压，从而消除共模电压。

Description

一种单相非隔离型DCAC变流器PCS

技术领域

本实用新型属于变流器拓扑技术领域，具体涉及一种单相非隔离型DCAC变流器PCS。

背景技术

在电化学储能、光伏并网系统中，需要将蓄电池的直流或光伏电池板产生的直流电经过DCAC变流器PCS（储能变流器，PowerConversionSystem）转换为与电网电压同幅值、同频、同相的交流电，并实现与电网连接的隔离型并网系统。为了保证系统的安全电气隔离，隔离型并网隔离型并网一般设有工频变压器隔离或者高频变压器隔离，前者体积大而重，价格高；后者使得功率变换电路成了高频链式结构，控制变复杂且电能转换效率降低。

为了克服上述有变压器的隔离型并网系统的不足，对无变压器的非隔离型PCS进行了研究。非隔离型PCS要求效率高、成本低，能够承受直流侧大波动电压和交流输出满足国标要求的电能质量。但由于PCS没有变压器隔离，使得PCS的开关器件高频动作通过系统寄生电容产生漏电流，这个会造成EMC干扰加重，漏电流超标甚至会对设备和人身造成电击伤害。

单极性调制方法是目前单相PCS中使用较多的调制方法，它具有直流电压利用率高、滤波电感电流脉动小等优点。但在开关动作时会产生较大的共模电压，需要对共模电压进行抑制。

发明内容

本实用新型提供了一种单相非隔离型DCAC变流器PCS，用以解决现有的PCS不能完全消除共模电压的问题。

为达到上述目的，本实用新型一种单相非隔离型DCAC变流器PCS，包括H桥电路、半桥电路和整流桥电路；H桥电路包括第一H桥桥臂、第二H桥桥臂、第三H桥桥臂和第四H桥桥臂，第一H桥桥臂和第二H桥桥臂构成上下桥臂，第三H桥桥臂和第四H桥桥臂构成上下桥臂；第一H桥桥臂和第三H桥桥臂之间的连接点为H桥电路的一个直流端，第二H桥桥臂和第四H桥桥臂之间的连接点为H桥电路的一个直流端；第一H桥桥臂和第二H桥桥臂之间的连接点为H桥电路的一个交流端，第三H桥桥臂和第四H桥桥臂之间的连接点为H桥电路的另一个交流端；半桥电路包括开关管S5和开关管S6，开关管S5的阴极和开关管S6阳极连接；H桥电路的两个直流端连接有一个电容支路；整流桥电路的两个交流输入端接H桥电路的两个交流输出端，整流桥电路的直流正输出端接开关管S5阳极，整流桥电路的直流输出接开关管S6的阴极；电容支路包括串接的两个电容，开关管S5和开关管S6之间的连接点与两个电容的连接点连接。

进一步的，述整流桥电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，二极管D1的阳极和二极管D2的阴极连接，二极管D3的阳极和二极管D4的阴极连接，二极管D1的阴极和二极管D3的阴极连接，二极管D2的阳极和二极管D4的阳极连接；第一H桥桥臂和第二H桥桥臂之间的连接点与整流二极管D1和整流二极管D2的连接点相接，第三H桥桥臂和第四H桥桥臂之间的连接点与整流二极管D3和整流二极管D4的连接点相接；整流二极管D1和整流二极管D3的连接点与开关管S5的阳极相接，整流二极管D2和整流二极管D4的连接点与开关管S6的阴极连接。

进一步的，第一H桥桥臂上串接有开关管S1，第二H桥桥臂上串接开关管S2，第三H桥桥臂上串接有开关管S3，第四H桥桥臂上串接开关管S4。

进一步的，H桥电路的两个交流端用于连接电网。

进一步的，H桥电路的交流端和电网之间连接有滤波器。

进一步的，两个电容的型号相同。

进一步的，开关管S5和开关管S6均反向并联一个二极管。

进一步的，开关管S5和开关管S6为IGBT或MOSFET。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益的技术效果：

本实用新型通过引入辅助电路，通过引入整流桥和半桥电路与直流电容中点的连接关系，在桥臂开关关断时，引入附加开关管和续流二极管为交流滤波电感电流的续流提供一个通路，使得直流侧与电网脱离，使得电感续流期间，桥口电压被钳位在直流母线电压的一半，从而从理论上可以完全消除共模电压，具有更小的漏电流。该消除共模电压所引入的辅助电路均为器件厂家的常规产品，利于产品批量化，而且降低共模电压的效果十分显著。

附图说明

图1是本实用新型提供的DCAC变流器PCS的结构示意图；

图2是开关管驱动信号示意图；

图3a电网电压正半周时，且开关管S1和开关管S4导通，开关管S2、开关管S3、开关管S5和开关管S6关断时的DCAC变流器PCS的工作模态图；

图3b电网电压正半周时，且开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4关断，开关管S5和开关管S6导通时的DCAC变流器PCS的工作模态图；

图3c电网电压负半周时，且开关管S2、开关管S3导通，开关管S1、开关管S4、开关管S5和开关管S6关断时的DCAC变流器PCS的工作模态图；

图3d电网电压负半周时，且开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4关断，开关管S5和开关管S6导通时的DCAC变流器PCS的工作模态图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参照图1，一种单相非隔离型DCAC变流器PCS，包括电容支路、H桥电路、整流桥电路和半桥电路，H桥电路的直流端连接直流母线，交流端连接电网。直流母线连接太阳能电池，直流母线之间连接上述电容支路，该电容支路上串接有两个相同的电容，电容Cdc1和电容Cdc2。H桥电路有四个桥臂，第一桥臂和第二桥臂构成上下桥臂，第三桥臂和第四桥臂构成上下桥臂，四个桥臂上总共四个开关管，具体地，第一桥臂上串接有一个开关管S1，第二桥臂上串接有一个开关管S2，第三桥臂上串接有一个开关管S3；第四桥臂上串接有一个开关管S4。

整流桥电路有四个桥臂，具体地，第一桥臂上串接有二极管D1，第二桥臂上串接有二极管D2，第三桥臂串接有二极管D3，第四桥臂串接有二极管D4。

半桥电路中开关管S5串接于第一桥臂，开关管S6串接于第二桥臂。

开关管S1和开关管S2之间的连接点为该H桥电路的一个交流端，开关管S3和开关管S4之间的连接点为H桥电路的另一个交流端。开关管S1和开关管S3之间的连接点为H桥电路的一个直流端，开关管S2和开关管S4之间的连接点为H桥电路的另一个直流端。

二极管D1阳极和二极管D2阴极之间的连接点为该整流桥电路的一个交流端，二极管D3阳极和二极管D4阴极之间的连接点为该整流桥电路的另一个交流端。开关管S5阴极和开关管S6阳极连接点为半桥电路的交流端。

开关管S1阴极接开关管S2阳极，开关管S3阴极接开关管S4阳极，开关管S1阳极接开关管S3阳极，开关管S2阴极接开关管S4阴极。开关管S1阳极接直流正母线，开关管S2阴极接直流负母线。整流桥电路的两个交流输入端分别接H桥电路的两个交流输出端，整流桥电路的直流正输出端接开关管S5阳极，整流桥电路的直流输出接开关管S6的阴极。开关管S5阴极和开关管S6阳极的连接点接直流母线电容Cdc1和电容Cdc2的公共连接点。

H桥电路的一个交流端连接进网滤波器L1的一端，进网滤波器L1的另一端连接电网；H桥电路的一个交流端连接进网滤波器L2的一端，进网滤波器L2的另一端连接电网。

本实用新型中，开关管S5、开关管S6、整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4、电容Cdc1和电容Cdc2组成续流回来和钳位回路。

假设并网电压和电流相位相同，如图2所示，电网电压正半工频周期时，开关管S1和开关管S4以相同的开关频率同时导通，开关管S5、开关管S6与开关管S1、开关管S4互补工作，开关管S2和开关管S3处于关断状态。电压负半工频周期时，开关管S2和开关管S3以相同的开关频率同时导通，开关管S5、开关管S6与开关管S2、开关管S3互补工作，开关管S1、开关管S4处于关断状态。

电网电压正半周：

开关管S1和开关管S4导通时，开关管S5、开关管S6、开关管S2和开关管S3关断，电流从正母线依次经过开关管S1、滤波电感L1、电网和滤波电容C、滤波电感L2、开关管S4回到负母线，如图3a所示。

开关管S1和开关管S4关断时，开关管S5和开关管S6导通，电感电流由滤波电感L1、电网和滤波电容C、滤波电感L2、二极管D3、开关管S5和开关管S6续流。

A点和B点电压相等，并且，当A点电压高于O点时，经过开关管S5和二极管D1将A点电压钳位至O点，当A点电压低于O点时，经二极管D2和开关管S6将A点电压钳位于O点。

通过上述控制，在电流续流期间A点、B点、O点三点电压始终相等，均为电池电压的二分之一，如图3b所示。

电网电压负半周：

开关管S2和开关管S3导通时，开关管S1、开关管S4、开关管S5和开关管S6关断，电流从正母线依次经过开关管S3、滤波电感L2、电网和滤波电容C、滤波电感L1、开关管S2回到负母线，如图3c所示。

开关管S2和开关管S3关断时，开关管S5和开关管S6导通，电感电流由滤波电感L2、电网和滤波电容C、滤波电感L1、二极管D1、开关管S5、开关管S6和二极管D4续流。A点和B点电压相等，并且，当A点电压高于O点时，经过开关管S5和二极管D1将A点电压钳位至O点，当A点电压低于O点时，经二极管D2和开关管S6将A点电压钳位于O点。

通过上述控制，在电流续流期间A点、B点、O点三点电压始终相等，均为电池电压的二分之一，如图3d所示。

该实施例中，开关管可以是IGBT、MOSFET，还可以是其他类型的半控型器件或者全控型器件。当开关管为IGBT时，开关管的阳极为IGBT的集电极，开关管的阴极为IGBT的发射极；当开关管为MOSFET时，开关管的阳极为MOSFET的漏极，开关管的阴极为MOSFET的源极。

另外，该实施例中，开关管可以全部是一种类型的开关管，比如说，开关管全部是IGBT和MOSFET；当然，DCAC变流器PCS中的开关管还可以混合使用，比如说，DCAC变流器PCS中的开关管有IGBT，还有MOSFET。

以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用新型的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种单相非隔离型DCAC变流器PCS，其特征在于，包括H桥电路、半桥电路和整流桥电路；所述H桥电路包括第一H桥桥臂、第二H桥桥臂、第三H桥桥臂和第四H桥桥臂，所述第一H桥桥臂和第二H桥桥臂构成上下桥臂，第三H桥桥臂和第四H桥桥臂构成上下桥臂；所述第一H桥桥臂和第三H桥桥臂之间的连接点为H桥电路的一个直流端，所述第二H桥桥臂和第四H桥桥臂之间的连接点为H桥电路的一个直流端；第一H桥桥臂和第二H桥桥臂之间的连接点为H桥电路的一个交流端，第三H桥桥臂和第四H桥桥臂之间的连接点为H桥电路的另一个交流端；所述半桥电路包括开关管S5和开关管S6，所述开关管S5的阴极和开关管S6阳极连接；所述H桥电路的两个直流端连接有一个电容支路；所述整流桥电路的两个交流输入端接H桥电路的两个交流输出端，整流桥电路的直流正输出端接开关管S5阳极，整流桥电路的直流输出接开关管S6的阴极；

所述电容支路包括串接的两个电容，所述开关管S5和开关管S6之间的连接点与所述两个电容的连接点连接。

2.根据权利要求1所述的一种单相非隔离型DCAC变流器PCS，其特征在于，所述整流桥电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述二极管D1的阳极和二极管D2的阴极连接，所述二极管D3的阳极和二极管D4的阴极连接，所述二极管D1的阴极和二极管D3的阴极连接，所述二极管D2的阳极和二极管D4的阳极连接；

所述第一H桥桥臂和第二H桥桥臂之间的连接点与整流二极管D1和整流二极管D2的连接点相接，第三H桥桥臂和第四H桥桥臂之间的连接点与整流二极管D3和整流二极管D4的连接点相接；所述整流二极管D1和整流二极管D3的连接点与开关管S5的阳极相接，所述整流二极管D2和整流二极管D4的连接点与开关管S6的阴极连接。

3.根据权利要求1所述的一种单相非隔离型DCAC变流器PCS，其特征在于，所述第一H桥桥臂上串接有开关管S1，第二H桥桥臂上串接开关管S2，第三H桥桥臂上串接有开关管S3，第四H桥桥臂上串接开关管S4。

4.根据权利要求1所述的一种单相非隔离型DCAC变流器PCS，其特征在于，所述H桥电路的两个交流端用于连接电网。

5.根据权利要求4所述的一种单相非隔离型DCAC变流器PCS，其特征在于，所述H桥电路的交流端和电网之间连接有滤波器。

6.根据权利要求1所述的一种单相非隔离型DCAC变流器PCS，其特征在于，所述两个电容的型号相同。

7.根据权利要求1或所述的一种单相非隔离型DCAC变流器PCS，其特征在于，所述开关管S5和开关管S6均反向并联一个二极管。

8.根据权利要求1所述的一种单相非隔离型DCAC变流器PCS，其特征在于，所述开关管S5和开关管S6为IGBT或MOSFET。

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