非隔离型光伏并网逆变器及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种非隔离型光伏并网逆变器，其包括全桥电路和控制电路，其中，全桥电路由六个开关管构成非对称H6拓扑结构，控制电路向全桥电路中的各开关管发送控制信号，以使得全桥电路将光伏阵列产生的直流电压转换为满足并网需要的正弦波电压。同时本发明专利技术的全桥电路本身的非对称H6拓扑结构可形成与直流侧彻底断开的续流回路，从而有效抑制共模电流的产生，而且开关功耗小且分配均匀，提高了并网逆变器的可靠性。另外，本发明专利技术还提供相应的控制方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光伏并网逆变器
，具体涉及一种。
技术介绍
光伏并网系统中常采用带工频或高频变压器的隔离型光伏并网逆变器，这样确保了电网和光伏系统之间的电气隔离，从而提供人身保护并避免了光伏系统和地之间的漏电流。然而，若采用工频变压器，其体积大、重量重且价格昂贵；若采用高频变压器，功率变换电路将被分成数级，使得控制复杂化，同时还降低了系统的效率。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光伏并 网系统进行了研究。但是，在无变压器的非隔离型光伏并网系统中，电网和光伏阵列之间存在电气连接，而且，由于光伏阵列和地之间存在寄生电容，会产生共模电流(即，漏电流)，这样会增加电磁辐射和安全隐患。因此，应抑制非隔离型光伏并网逆变器中的共模电流。目前已提出了一些能有效抑制非隔离型光伏并网逆变器中的共模电流的方法，但是这些方法或多或少都存在某个或某几个开关管的开关损耗较大和/或开关损耗分配不均的问题。例如，德国艾思码太阳能(SMA)股份有限公司提出了一种H5拓扑结构的并网逆变器(参见香港专利No. HK1084248)。如图I所示，该并网逆变器由一个全桥电路和一个串联在输入直流电源正极与全桥电路之间的开关管V5构成，其中，全桥电路由开关管V1、V2、V3和V4构成，并且每个开关管反向并联一个二极管。在电网电流正半周，三个开关管V5、Vl和V4参与工作，其中，开关管V5和V4以高频PWM(脉冲宽度调制)方式工作，开关管Vl以工频方式工作。在电网电流负半周，三个开关管V5、V3和V2参与工作，其中，开关管V5和V2以高频PWM方式工作，开关管V3以工频方式工作。可看出，在整个开关周期内，全桥电路与电源输入正极之间串联的开关管V5始终以高频PWM方式工作。与现有的其它抑制共模电流的非隔离型并网逆变器相比，该并网逆变器的效率高、开关损耗小，所用功率器件少，成本低。但是，该并网逆变器中的开关损耗分配不均，开关管V5的开关损耗占整个逆变器开关损耗的大部分，因此，相应地，开关管V5的使用寿命也比其它开关管的寿命短，损坏机率相对较高，从而降低并网逆变器的可靠性。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种，以有效抑制非隔离型光伏并网逆变器中的共模电流的产生，并提高非隔离型光伏并网逆变器的可靠性。为了实现以上方法，本专利技术提供的非隔离型光伏并网逆变器包括全桥电路，其包括连接在输入直流电源正极与负极之间的第一桥臂和第二桥臂以及第六开关管，其中，第一桥臂包括三个串联的开关管，第一桥臂的交流输出节点为所述三个开关管中相邻两个开关管的串联连接点；第二桥臂包括两个串联的开关管，第二桥臂的交流输出节点为所述两个开关管的串联连接点；第六开关管连接在第一桥臂上除其交流输出节点之外的另一个串联连接点与第二桥臂的交流输出节点之间；所述每个开关管均反向并联一个二极管；控制电路，其用于向全桥电路中的各开关管发送控制信号，以使得在电网电流正半周和负半周，第一桥臂和第二桥臂的上半臂和下半臂中的开关管轮流导通和截止，并且在第一桥臂和第二桥臂上共有三个开关管导通的情况下，所述三个开关管按照从输入直流电源正极到负极的顺序依次工作于高频、工频和与前述高频同步的高频，第六开关管截止；在第一桥臂和第二桥臂上共有两个开关管导通的情况下，所述两个开关管同步工作于高频，第六开关管与所述两个开关管互补导通。优选地，所述控制电路向以高频方式工作的开关管发送的控制信号为高频SPWM调制控制信号。优选地，所述控制电路使第六开关管与以高频方式工作的开关管互补导通的控制信号为与所述高频SPWM调制控制信号互补的调制控制信号。优选地，所述控制电路向以工频方式工作的开关管发送的控制信号为正半周或负半周恒为高电平，而在另一半周恒为低电平的方波控制信号。相应地，本专利技术提供一种非隔离型光伏并网逆变器的控制方法，所述光伏并网逆变器包括全桥电路，其包括连接在输入直流电源正极与负极之间的第一桥臂和第二桥臂以及第六开关管，其中，第一桥臂包括三个串联的开关管，第一桥臂的交流输出节点为所述三个开关管中相邻两个开关管的串联连接点；第二桥臂包括两个串联的开关管，第二桥臂的交流输出节点为所述两个开关管的串联连接点；第六开关管连接在第一桥臂上除其交流输出节点之外的另一个串联连接点与第二桥臂的交流输出节点之间，所述每个开关管均反向并联一个二极管，所述控制方法包括向全桥电路中的各开关管发送控制信号，以使得在电网电流正半周和负半周，第一桥臂和第二桥臂的上半臂和下半臂中的开关管轮流导通和截止，并且在第一桥臂和第二桥臂上共有三个开关管导通的情况下，所述三个开关管按照从输入直流电源正极到负极的顺序依次工作于高频、工频和与前述高频同步的高频，第六开关管截止；在第一桥臂和第二桥臂上共有两个开关管导通的情况下，所述两个开关管同步工作于高频，第六开关管与所述两个开关管互补导通。优选地，所述向以高频方式工作的开关管发送的控制信号为高频SPWM调制控制信号。优选地，所述使第六开关管与以高频方式工作的开关管互补导通的控制信号为与所述高频SPWM调制控制信号互补的调制控制信号。优选地，所述向以工频方式工作的开关管发送的控制信号为正半周或负半周恒为高电平，而在另一半周恒为低电平的方波控制信号。本专利技术通过控制全桥电路中各个开关管的导通和截止，以使续流回路与直流侧断开，从而有效抑制共模电流的产生。此外，在本专利技术所提供的光伏并网逆变器中，在电网电流的每半个周期内均有3个开关管处于工作状态，其中有2个开关管工作于高频，另外一个处于工作状态的开关管工作于工频，或者以续流方式工作于高频，这两种工作方式的开关管的开关损耗均很小，基本上都可忽略，而且各开关管只工作于半个周期内，所以正负半周开关管的工作基本上是对称的，正负半周开关管的使用寿命也是对称的，不存在哪一个开关管过度使用，从而提高了并网逆变器的可靠性。附图说明图I是现有技术的H5拓扑结构的非隔离型光伏并网逆变器的电路图；图2是本专利技术的第一实施例的非隔离型光伏并网逆变器的电路图；图3是图2所示并网逆变器中各开关管的控制信号时序图；图4是图2所示并网逆变器在电网电流正半周的工作原理图；图5是图2所示并网逆变器在电网电流正半周的续流回路的工作原理图；图6是图2所示并网逆变器在电网电流负半周的工作原理图； 图7是图2所示并网逆变器在电网电流负半周的续流回路的工作原理图；图8是本专利技术的第二实施例的非隔离型光伏并网逆变器的电路图；图9是图8所示并网逆变器中各开关管的控制信号时序图；图10是本专利技术的第三实施例的非隔离型光伏并网逆变器的电路图；图11是图10所示并网逆变器中各开关管的控制信号时序图；图12是本专利技术的第四实施例的非隔离型光伏并网逆变器的电路图；图13是图12所示并网逆变器中各开关管的控制信号时序图。具体实施例方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术光伏并网逆变器作进一步详细描述。总地来讲，本专利技术所提供的光伏并网逆变器包括全桥电路和控制电路，其中，全桥电路根据控制电路发出的控制信号将光伏阵列产生的直流电压转换为满足并网需要的正弦波电压，同时该全桥电路本身的拓扑结构可形成与直流侧彻底断开的续流回路，从而有效抑制共模电流的产生，而且开关功耗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非隔离型光伏并网逆变器，包括：全桥电路，其包括连接在输入直流电源正极与负极之间的第一桥臂和第二桥臂以及第六开关管，其中，第一桥臂包括三个串联的开关管，第一桥臂的交流输出节点为所述三个开关管中相邻两个开关管的串联连接点；第二桥臂包括两个串联的开关管，第二桥臂的交流输出节点为所述两个开关管的串联连接点；第六开关管连接在第一桥臂上除其交流输出节点之外的另一个串联连接点与第二桥臂的交流输出节点之间；所述每个开关管均反向并联一个二极管；控制电路，其用于向全桥电路中的各开关管发送控制信号，以使得在电网电流正半周和负半周，第一桥臂和第二桥臂的上半臂和下半臂中的开关管轮流导通和截止，并且在第一桥臂和第二桥臂上共有三个开关管导通的情况下，所述三个开关管按照从输入直流电源正极到负极的顺序依次工作于高频、工频和与前述高频同步的高频，第六开关管截止；在第一桥臂和第二桥臂上共有两个开关管导通的情况下，所述两个开关管同步工作于高频，第六开关管与所述两个开关管互补导通。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟增，熊俊峰，刘小刚，张新涛，郭磊，梁欢迎，
申请(专利权)人：特变电工新疆新能源股份有限公司，特变电工西安电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：