一种非隔离型两级逆变系统及其漏电流抑制方法技术方案

一种单相无漏电流非隔离光伏并网系统，该系统包括：光伏电源模块PV、DC

【技术实现步骤摘要】
一种非隔离型两级逆变系统及其漏电流抑制方法


[0001]本专利技术涉及一种单相非隔离光伏并网系统，具体涉及一种非隔离型两级逆变系统及其漏电流抑制方法。

技术介绍

[0002]无变压器光伏并网逆变器以其效率高、成本低、体积小、重量轻等优点，在光伏市场得到了广泛的应用。然而，由于这种系统中的光伏板与电网有电气连接，光伏电池板对地寄生电容、逆变器和电网就可以形成一个导通回路。传统全桥逆变系统采用单极性调制下，高频共模电压感应的漏电流可以通过该回路。泄漏电流对系统性能无疑是不利的，它可能会潜在地导致一系列问题，如谐波电流，增大的功率损耗、安全问题、电磁干扰问题，因此，必须将漏电流抑制到一定程度才能符合标准(如德国VDE
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1标准规定，漏电流高于300mA时光伏并网系统必须在0.3秒内从电网中切除)，以提高光伏系统的可靠性。
[0003]研究表明，为了抑制共模电流，可以考虑改进并网逆变器的拓扑结构或者采用适当的控制策略，对于采用双极性调制的全桥逆变器，在抑制漏电流的同时，系统会产生更多的损耗，使其最高的效率在95％左右；H5拓扑在普通全桥的基础上，在直流输入端串联一个附加开关管S5，可以抑制漏电流的产生。相比其他改进拓扑，H5仅增加了一个开关器件就达到了抑制漏电流的目的，但S5在整个电网周期内，始终处于高频调制的状态，要承受很高的导通损耗和开关损耗，增加散热器的设计难度；由于半桥逆变系统中的共模电压不变，因此也可以抑制漏电流，可为了进一步提高系统效率，提高并网电能质量，图1提出了一种两级三电平半桥逆变系统，然而其前级的升压比有限，且逆变器的输入电容要进行额外的均压控制。
[0004]综上，目前抑制漏电流的方法主要在于改进拓扑或者控制策略，但是也会带来新的弊端，比如损耗增加、控制成本提高等，需要提出新的漏电流抑制方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种非隔离型两级逆变系统及其漏电流抑制方法，前级DC
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DC变换器在实现升压比可调的同时，也实现了输出电容电压自动均衡的特点，后级采用半桥逆变器，系统采用LCL滤波器，其高频衰减特性较好，系统体积、重量、成本以及损耗都得到了大幅度降低；大大抑制了漏电流的产生。
[0006]本专利技术采取的技术方案为：
[0007]一种非隔离型两级逆变系统，该系统包括：
[0008]光伏电源模块、DC
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DC变换器、半桥逆变器、LCL滤波器、交流电网；
[0009]光伏电源模块连接DC
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DC变换器，DC
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DC变换器连接半桥逆变器，半桥逆变器连接LCL滤波器，LCL滤波器连接交流电网。
[0010]所述DC
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DC变换器包含电感L1～L5、功率开关管S1、二极管D1～D4、电容C1～C8；
[0011]电感L1一端连接光伏电源模块正极，电感L1另一端分别连接功率开关S1漏极、电容
C1一端，电容C1另一端分别连接二极管D1的阳极、电感L2一端、电容C3一端，电感L2另一端分别连接二极管D3阴极、电容C5一端，电容C3另一端分别连接二极管D3阳极、电感L4一端，电感L4另一端连接电容C7一端，电容C7另一端、电容C5另一端、二极管D1阴极、开关管S1源极均连接至光伏电源模块负极；
[0012]电容C2一端连接电容C1一端，电容C2另一端分别连接电容C4一端、电感L3一端、二极管D2阳极，电容C4另一端分别连接二极管D4阳极、电感L5一端，电感L5另一端分别连接电容C7另一端、电容C8一端，二极管D4阴极分别连接电感L3另一端、电容C6一端，二极管D2阴极分别连接电容C6另一端、电容C8另一端。
[0013]所述半桥逆变器包含开关管S2、S3，开关管S2源极连接电容C7一端，开关管S2漏极连接开关管S3源极，开关管S3漏极连接电容C8另一端。
[0014]所述LCL滤波器包含电感L6、L7，电容C9；电感L6一端连接开关管S2漏极，电感L6另一端分别连接电容C9一端、电感L7一端，电感L7另一端连接交流电网一端，交流电网另一端、电容C9另一端均连接至光伏电源模块负极。
[0015]所述电容C7与电容C8串联，两电容C7、C8串联中点a连接光伏电源模块负极和电网
[0016]接地点，两个开关管S2、S3串联连接构成一侧桥臂，开关管S2和S3之间连接逆变器的输出端，然后接LCL滤波器的电感L6。光伏电源模块负极和电网接地点等电位，均为0V。
[0017]本专利技术一种非隔离型两级逆变系统及其漏电流抑制方法，技术效果如下：
[0018]1)本专利技术系统采用两级结构，前级的DC
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DC变换器起到升压的作用，其升压比可以灵活扩展，同时，其输出电容(中间电容)电压u
C7
、u
C8
可以实现自动均衡，保证了后级逆变器输入电容电压u
C7
、u
C8
的自均衡，使得逆变器两输入电容的中点a的电位保持稳定，避免了后级逆变输出交流量的畸变；另一方面，光伏电源模块负极与电网接地点相互连接，使其电位始终保持0V,得以将共模回路短路，从而有效将漏电流抑制到0A，提高了系统运行的安全可靠性。
[0019]2)系统采用两级非隔离结构，解决了传统隔离型并网系统成本高、效率低的问题；前级的DC
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DC变换器实现了升压的同时保证了输出电容的自动均压，使得半桥逆变器的输入电容电压和电容间的中点电位稳定，避免了逆变器输出交流量的畸变，同时也省略了后级逆变器对输入电容中点电位平衡的控制，大大简化了后级逆变的控制策略，逆变器输出后接LCL滤波器，通过对逆变器的控制实现了输出电流与电网电压保持同相位。
[0020]3)相比于单L滤波器结构，本专利技术采用的三阶LCL滤波器的高频衰减特性更好，其体积、重量、成本以及损耗都得到了大幅降低。
附图说明
[0021]图1是现有的两级三电平逆变器系统图。
[0022]图2是本专利技术前级DC
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DC电路图
[0023]图3是本专利技术电路图
[0024]图4(1)是本专利技术中间总电容电压波形图；
[0025]图4(2)是本专利技术两个中间电容电压波形图。
[0026]图5是本专利技术并网电压电流波形图。
[0027]图6是本专利技术共模电流波形图。
[0028]图7(1)是传统前级为boost的两级电路图；
[0029]图7(2)是传统前级为boost方案的漏电流波形图。
具体实施方式
[0030]如图3所示，一种非隔离型两级逆变系统，该系统包括光伏电源模块、DC
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DC变换器、半桥逆变器、LCL滤波器、交流电网。光伏电源模块连接DC
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DC变换器，DC
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DC变换器连接半桥逆变器，半桥逆变器连接LCL滤波器，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非隔离型两级逆变系统，其特征在于，该系统包括：光伏电源模块、DC
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DC变换器、半桥逆变器、LCL滤波器、交流电网；光伏电源模块连接DC
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DC变换器，DC
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DC变换器连接半桥逆变器，半桥逆变器连接LCL滤波器，LCL滤波器连接交流电网。2.根据权利要求1所述一种非隔离型两级逆变系统，其特征在于：所述DC
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DC变换器包含电感L1～L5、功率开关管S1、二极管D1～D4、电容C1～C8；电感L1一端连接光伏电源模块正极，电感L1另一端分别连接功率开关S1漏极、电容C1一端，电容C1另一端分别连接二极管D1的阳极、电感L2一端、电容C3一端，电感L2另一端分别连接二极管D3阴极、电容C5一端，电容C3另一端分别连接二极管D3阳极、电感L4一端，电感L4另一端连接电容C7一端，电容C7另一端、电容C5另一端、二极管D1阴极、开关管S1源极均连接至光伏电源模块负极；电容C2一端连接电容C1一端，电容C2另一端分别连接电容C4一端、电感L3一端、二极管D2阳极，电容C4另一端分别连接二极管D4阳极、电感L5一端，电感L5另一端分别连接电容C7另一端、电容C8一端，二极管D4阴极分别连接电感L3另一端、电容C6一端，二极管D2阴极分别连接电容C6另一端、电容C8另一端。3.根据权利要求1所述一种非隔离型两级逆变系统，其特征在于：所述半桥逆变器包含开关管S2、S3，开关管S2源极连接电容C7一端，开关管S2漏极连接开关管S3源极，开关，管S3漏极连接电容C8另一端。4.根据权利要求1所述一种非隔离型两级逆变系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：邾玢鑫，赵金波，支树播，潘海龙，胡永乐，郑含博，王凯宏，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：