一种新型拓扑结构的多功能单相并网逆变系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种新型拓扑结构的多功能单相并网逆变系统及方法。本发明专利技术系统包括：光伏直流电源，第一电容，第二电容，光伏板端电容，开关管并联电容，第一电感，耦合电感原边自感，耦合电感副边自感，耦合电感互感，二极管，第一开关管，第二开关管和单相交流配电网。通过耦合电感原边自感的感值与所述耦合电感互感的感值取值相等用于消除并网电流的开关纹波；通过光伏直流电源的负极、光伏板端电容的负极、开关管并联电容的负极、第一开关管的源极、第二电容的负极和交流配电网的中性线连接，用于消除共模漏电流。本发明专利技术方法通过调节开关频率即可实现光伏电池板输出功率与交流侧并网功率的解耦，可有效抑制直流侧两倍电网频率的功率波动。

A Novel Multi-functional Single-phase Grid-connected Inverter System with Topological Structure and Its Method

【技术实现步骤摘要】
一种新型拓扑结构的多功能单相并网逆变系统及方法
本专利技术涉及电力电子变换
，特别涉及一种新型拓扑结构的多功能单相并网逆变系统及方法。
技术介绍
单相非隔离型光伏逆变器具有体积小、成本低、效率高等优势而被广泛应用于中小功率的分布式光伏发电并网。目前，已有多种不同类型的单相非隔离型光伏并网逆变器拓扑被提出，例如单相全桥、单相半桥、中点钳位型等。然而，由于缺乏变压器的隔离，使得单相光伏并网逆变器普遍存在共模漏电流的问题，从而影响逆变器效率，甚至产生电磁干扰，危害人身安全。直流侧两倍电网频率的功率波动也是单相逆变器普遍存在的另一个问题，其形式主要体现为电压波动，会影响直流侧运行可靠性，或影响光伏电池板的最大功率跟踪。此外，并网电流的滤波也是一个重要的问题。针对共模漏电流的问题，主要有两种解决方案，一种是针对单相全桥逆变器拓扑结构进行改进，以消除共模漏电流，但这种方法大多需要额外的电路元件，增加了成本与体积；另一种是提出新型的拓扑，使交流电网的中性线与光伏板的负极直接相连，但目前已有的拓扑中都需要四个或以上的开关管，且需要根据交流电压极性设置不同的控制策略。针对两倍电网频率功率波动问题，解决方案主要是增加额外的功率缓冲电路，同样增加了体积与成本。适用于并网逆变器的滤波器主要有L型和LCL型滤波器，L型滤波器不存在谐振峰，但纹波衰减能力低，通常需要较大电感值才能达到滤波要求；而LCL型滤波器滤波能力强，但存在谐振峰，虽然可通过有源阻尼策略抑制谐振峰，但增加了控制策略的复杂性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述存在的问题，提供一种新型拓扑结构的多功能单相并网逆变系统及方法。本专利技术系统的技术方案为一种新型拓扑结构的多功能单相并网逆变系统，其特征在于，包括：光伏直流电源，第一电容，第二电容，光伏板端电容，开关管并联电容，第一电感，耦合电感原边自感，耦合电感副边自感，耦合电感互感，二极管，第一开关管，第二开关管和单相交流配电网；所述光伏直流电源的正负两极分别与所述光伏板端电容的正负两极连接；所述光伏直流电源的正极和所述光伏板端电容的正极与所述二极管的阳极连接；所述二极管的阴极与所述第一电感的一端连接；所述第一电感的另一端与所述第一电容的正极、所述耦合电感原边自感的一端、所述开关管并联电容的正极和所述第一开关管的漏极连接；所述第一电容的负极与所述第二开关管的源极和所述耦合电感副边自感的一端连接；所述耦合电感副边自感的另一端与所述交流配电网的火线连接；所述耦合电感原边自感的另一端与所述第二开关管的漏极和所述第二电容的正极连接；所述光伏直流电源的负极、所述光伏板端电容的负极、所述开关管并联电容的负极、所述第一开关管的源极、所述第二电容的负极和所述交流配电网的中性线连接。作为优选，所述光伏直流电源，用于提供光伏电池直流电源；作为优选，所述第一电容与所述第二电容用于缓冲交直流两侧的瞬时功率差异；作为优选，所述光伏板端电容，用于滤除光伏直流电源纹波；作为优选，所述开关管并联电容，用于为第一开关管提供零电压开通条件；作为优选，所述第一电感，用于逆变器转换过程储能；作为优选，所述耦合电感原边自感，用于逆变器转换过程储能；作为优选，所述耦合电感副边自感，用于滤除并网电流纹波；作为优选，所述耦合电感互感，用于实现并网电流零纹波；作为优选，所述二极管，用于防止直流电倒灌；作为优选，所述第一开关管，用于控制并网电流的输出；作为优选，所述第二开关管，用于控制并网电流的输出；作为优选，所述单相交流配电网，用于并网交流电源。作为优选，所述耦合电感原边自感的感值与所述耦合电感互感的感值相等，用于消除并网电流的开关纹波。作为优选，根据新型拓扑结构的多功能单相并网逆变系统进行新型拓扑结构的多功能单相并网逆变方法为：通过正弦脉宽调制法，实时调节开关频率fs实现光伏输出功率与交流侧并网功率的解耦，消除直流侧两倍电网频率功率波动；开关频率fs计算公式为：其中，L1为所述第一电感的感值，Vpv为所述光伏直流电源的电压，Ipv为所述光伏直流电源的电流，D1为所述第一开关管的占空比，VC1为所述第一电容的电压为，VC2为所述第二电容的电压。与现有技术相比本专利技术具有如下优点：本专利技术所提供的单相非隔离型光伏并网逆变器拓扑结构中，光伏板负极与交流配电网中性线直接相连，可完全消除共模漏电流；通过调节开关频率即可实现光伏电池板输出功率与交流侧并网功率的解耦，可有效抑制直流侧两倍电网频率的功率波动，利用第一电容和第二电容来缓冲功率交直流侧的功率差异，可采用长寿命的薄膜电容以提高经济性；采用L型滤波器并与逆变器拓扑中的电感进行磁耦合，可实现并网电流零纹波输出，有效降低滤波电感体积与滤波器复杂度。附图说明图1：是本专利技术系统电路图；图2：是本专利技术系统在工作模态1期间的等效电路图；图3：是本专利技术系统在工作模态2期间的等效电路图；图4：是本专利技术系统在工作模态3期间的等效电路图；图5：是本专利技术系统在工作模态4期间的等效电路图；图6：是本专利技术系统在工作模态5期间的等效电路图；图7：是本专利技术系统并网电流的仿真波形图；图8：是本专利技术系统并网电流的纹波示意图；图9：是本专利技术系统直流侧电压的仿真波形图。具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本实施例的电路如图1所示，光伏直流电源Vpv，第一电容C1，第二电容C2，光伏板端电容CPV，开关管并联电容Cs，第一电感L1，耦合电感原边自感L11，耦合电感副边自感L22，耦合电感互感Lm，二极管D，第一开关管S1，第二开关管S2和单相交流配电网Vg；所述光伏直流电源Vpv的正负两极分别与所述光伏板端电容CPV的正负两极连接；所述光伏直流电源Vpv的正极和所述光伏板端电容CPV的正极与所述二极管D的阳极连接；所述二极管D的阴极与所述第一电感L1的一端连接；所述第一电感L1的另一端与所述第一电容C1的正极、所述耦合电感原边自感L11的一端、所述开关管并联电容Cs的正极和所述第一开关管S1的漏极连接；所述第一电容C1的负极与所述第二开关管S2的源极和所述耦合电感副边自感L22的一端连接；所述耦合电感副边自感L22的另一端与所述交流配电网的火线连接；所述耦合电感原边自感L11的另一端与所述第二开关管S2的漏极和所述第二电容C2的正极连接；所述光伏直流电源Vpv的负极、所述光伏板端电容CPV的负极、所述开关管并联电容Cs的负极、所述第一开关管S1的源极、所述第二电容C2的负极和所述交流配电网的中性线连接。所述光伏直流电源Vpv选型为最大功率点功率181W，所对应的端电压为51.7V，用于提供光伏电池直流电源；所述第一电容C1选型为20μF高压薄膜电容，耐压值1300V，用于缓冲交直流两侧的瞬时功率差异；所述第二电容C2选型为20μF高压薄膜电容，耐压值1300V，用于缓冲交直流两侧的瞬时功率差异；所述光伏板端电容CPV选型为30μF高压薄膜电容，耐压值350V，用于滤除光伏直流电源纹波；所述开关管并联电容Cs选型为47pF高压瓷片电容，耐压值3000V，用于为第一开关管S1提供零电压开通条件；所述第一电感L1选型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型拓扑结构的多功能单相并网逆变系统，其特征在于，包括：光伏直流电源Vpv，第一电容C1，第二电容C2，光伏板端电容CPV，开关管并联电容Cs，第一电感L1，耦合电感原边自感L11，耦合电感副边自感L22，耦合电感互感Lm，二极管D，第一开关管S1，第二开关管S2和单相交流配电网Vg；所述光伏直流电源Vpv的正负两极分别与所述光伏板端电容CPV的正负两极连接；所述光伏直流电源Vpv的正极和所述光伏板端电容CPV的正极与所述二极管D的阳极连接；所述二极管D的阴极与所述第一电感L1的一端连接；所述第一电感L1的另一端与所述第一电容C1的正极、所述耦合电感原边自感L11的一端、所述开关管并联电容Cs的正极和所述第一开关管S1的漏极连接；所述第一电容C1的负极与所述第二开关管S2的源极和所述耦合电感副边自感L22的一端连接；所述耦合电感副边自感L22的另一端与所述交流配电网的火线连接；所述耦合电感原边自感L11的另一端与所述第二开关管S2的漏极和所述第二电容C2的正极连接；所述光伏直流电源Vpv的负极、所述光伏板端电容CPV的负极、所述开关管并联电容Cs的负极、所述第一开关管S1的源极、所述第二电容C2的负极和所述交流配电网的中性线连接。...

【技术特征摘要】
1.一种新型拓扑结构的多功能单相并网逆变系统，其特征在于，包括：光伏直流电源Vpv，第一电容C1，第二电容C2，光伏板端电容CPV，开关管并联电容Cs，第一电感L1，耦合电感原边自感L11，耦合电感副边自感L22，耦合电感互感Lm，二极管D，第一开关管S1，第二开关管S2和单相交流配电网Vg；所述光伏直流电源Vpv的正负两极分别与所述光伏板端电容CPV的正负两极连接；所述光伏直流电源Vpv的正极和所述光伏板端电容CPV的正极与所述二极管D的阳极连接；所述二极管D的阴极与所述第一电感L1的一端连接；所述第一电感L1的另一端与所述第一电容C1的正极、所述耦合电感原边自感L11的一端、所述开关管并联电容Cs的正极和所述第一开关管S1的漏极连接；所述第一电容C1的负极与所述第二开关管S2的源极和所述耦合电感副边自感L22的一端连接；所述耦合电感副边自感L22的另一端与所述交流配电网的火线连接；所述耦合电感原边自感L11的另一端与所述第二开关管S2的漏极和所述第二电容C2的正极连接；所述光伏直流电源Vpv的负极、所述光伏板端电容CPV的负极、所述开关管并联电容Cs的负极、所述第一开关管S1的源极、所述第二电容C2的负极和所述交流配电网的中性线连接。2.根据权利要求1所述的新型拓扑结构的多功能单相并网逆变系统，其特征在于：所述光伏直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘尚智，蒋建波，查晓明，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42