一种单相非隔离型光伏并网逆变器及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种单相非隔离型光伏并网逆变器及控制方法。所述光伏并网逆变器包括全桥电路、控制电路和续流二极管，其中，所述控制电路用于控制全桥电路中各开关管的导通与截止，以使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；所述续流二极管提供续流回路使输入侧与电网彻底断开。该光伏并网逆变器能有效抑制单相非隔离型光伏并网逆变器的共模电流(即漏电流)，提高逆变器的电能变换效率。

Single phase non isolated type photovoltaic grid connected inverter and control method thereof

The invention discloses a single-phase non isolated type photovoltaic grid connected inverter and a control method thereof. The PV inverter consists of a full bridge circuit, control circuit and freewheeling diode, wherein, the control circuit for controlling the on and off of the switch of the full bridge circuit, the full bridge circuit converts the DC voltage of photovoltaic array generated sine wave voltage to meet the need of the grid; the continued diode freewheeling loop provides the input side and grid completely disconnected. The PV grid connected inverter can effectively suppress the common mode current (leakage current) of single-phase isolated PV grid connected inverters and improve the efficiency of inverter energy conversion.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有源逆变器
，涉及一种光伏并网逆变器，尤其涉及。
技术介绍
光伏并网系统是指将太阳能光伏阵列产生的直流电经过并网逆变器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系统。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共模电流。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逆变器进行了研究。无变压器的非隔离型单相光伏并网逆变器具有体积小、效率高、价格低的特点，其中最突出的优点是能够将整个系统的效率提高到97 98%，无变压器拓扑的这个特点对于发电成本较高的光伏并网系统来说具有很大的吸引力，所以在小功率光伏并网系统中无变压器的拓扑被广泛应用。然而，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。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)，这便增加了电磁辐射和安全隐患。因此，采用无变压器拓扑结构的光伏并网逆变器必须妥善解决的一个问题就是如何消除寄生电容形成的回路中所产生的共模电流。关于共模电流的成因具体可参见“单相非隔离型光伏并网逆变器中共模电流抑制的研究”(孙龙林等，中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会)和“无变压器结构光伏并网系统共模漏电流分析”(马琳等，太阳能学报2009年第30卷第7期第883-887页)。为了抑制共模电流，例如在申请号为200910234342. 9的中国专利申请“一种非隔离光伏并网逆变器及其开关控制时序”中公开了一种能够消除非隔离并网逆变器的共模电流的光伏并网逆变器。该光伏并网逆变器在全桥电路进行单极性调制的基础上加入两支可控开关管和分压电容构成双向箝位支路，对新加入的开关管的驱动信号进行相应的控制， 使得在电路进行单极性调制中，配合开关控制时序实现续流电路在续流时，续流回路电位 (即，交流输出点对地的电压)降为输入直流电压的一半，从而减小电路中的共模电压。但是这种光伏并网逆变器也存在缺点，该全桥电路采用高频单极性方式进行调制，而正如“单相非隔离型光伏并网逆变器中共模电流抑制的研究”(孙龙林等，中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会)中所指出的，采用单极性调制的全桥拓扑所产生的共模电压激励共模谐振回路产生的共模电流将达到数安培并且随着开关频率的增大而线性增加，也就是说，单极性调制方式本身就不可避免地产生较大的共模电流(采用双极性调制的全桥拓扑的共模电压激励产生的共模电流仅为毫安级)，尤其是在开关频率大的情况下。又例如，在申请号为EP 1369985 A2的专禾Ij申请"Wechselrichter zum Umwandeln einer eIektrischenGleichspannung in einen Wechselstrom odereineffechselspannung"中公开了一种为了去掉单极性SPWM全桥并网逆变器中的隔离变压器而提出的在全桥电路的交流侧桥臂中点加入双向可控开关组构造新的续流回路，但是该申请中没有考虑减小续流阶段的续流回路电位，续流回路电位接近输入直流电压Vin，与单极性调制的全桥拓扑产生的共模电压幅值在0 0. 5Vin之间相比，其共模电压和共模电流均较大，而且产生的开关损耗是单极性调制的2倍。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中单相非隔离型光伏并网逆变器不能有效抑制共模电流的不足，提供，以更好地抑制非隔离型并网逆变器电路中的共模电流的产生。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是该单相非隔离型光伏并网逆变器，包括全桥电路、控制电路以及续流电路，其中全桥电路，其用于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，包括第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂上设置有两个或三个或四个串联连接的带有反向并联二极管的开关管，第二桥臂上相应地设置有四个或三个或两个串联连接的带有反向并联二极管的开关管，第一桥臂和第二桥臂分别与输入直流电源并联，第一桥臂和第二桥臂的交流输出端分别连接至进网滤波电感；控制电路，其用于分别向第一桥臂和第二桥臂中的各个开关管发送控制信号，以使得第一桥臂和第二桥臂中的开关管以下述方式导通或截止在电网电压正半周或负半周，第一桥臂和第二桥臂上共有三个开关管导通，以使得电流从输入直流电源正极流向负极，所述三个开关管包括第一桥臂和第二桥臂中的一个桥臂的连接在输入直流电源正极与该桥臂的交流输出端之间的一个或两个开关管和另一个桥臂的连接在该桥臂的交流输出端与输入直流电源负极之间的两个或一个开关管，并且按照从输入直流电源正极到负极的顺序依次工作在高频、工频和高频，同时使得第一桥臂和第二桥臂中的其余开关管截止，其中，所述工作在高频的开关管用于调制输出正弦半波电压，所述工作在工频的开关管用于使工作在高频的开关管输出的正弦半波电压形成电网电压的正半周或负半周；两个续流二极管，其分别连接在第一桥臂和第二桥臂中的一个桥臂的交流输出端与另一个桥臂的分别工作于高频和工频的两个开关管的串联连接点之间，用于当工作在高频的开关管截止时与工作在工频的开关管形成续流回路。优选的是，所述开关管为金属氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管。优选的是，控制电路采用DSP微处理器。该控制电路向工作于高频的开关管发送的控制信号为高频SPWM调制控制信号；向工作于工频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。相应的，本专利技术提供一种单相非隔离型光伏并网逆变器的控制方法，该光伏并网逆变器包括全桥电路和两个续流二极管，其中，所述全桥电路用于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，所述两个续流二极管用于当工作在高频的开关管截止时与工作在工频的开关管形成续流回路，所述方法包括分别向全桥电路第一桥臂和第二桥臂中的各个开关管发送控制信号，以使得第一桥臂和第二桥臂中的开关管以下述方式导通或截止在电网电压正半周或负半周，第一桥臂和第二桥臂上共有三个开关管导通， 以使得电流从输入直流电源正极流向负极，所述三个开关管包括第一桥臂和第二桥臂中的一个桥臂的连接在输入直流电源正极与该桥臂的交流输出端之间的一个或两个开关管和另一个桥臂的连接在该桥臂的交流输出端与输入直流电源负极之间的两个或一个开关管， 并且按照从输入直流电源正极到负极的顺序依次工作在高频、工频和高频，同时使得第一桥臂和第二桥臂中的其余开关管截止，其中，所述工作在高频的开关管用于调制输出正弦半波电压，所述工作在工频的开关管用于使工作在高频的开关管输出的正弦半波电压形成电网电压的正半周或负半周。从以上技术方案可以看出，本专利技术获得的有益效果是(1)根据本专利技术的单相非隔离型光伏并网逆变器的拓扑结构和控制方法，交流侧输出的共模电压输出范围与单极性调制的交流输出的共模电压范围相同，即续流回路的电位在0 0. 5Vin之间，因此有效减小了单相非隔离型光伏并网逆变器中共模电压以及由此产生的共模电流；同时开关管损耗得到降低，也因此提高了逆变器本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种单相非隔离型光伏并网逆变器，包括：全桥电路，其用于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，包括第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂上设置有两个或三个或四个串联连接的带有反向并联二极管的开关管，第二桥臂上相应地设置有四个或三个或两个串联连接的带有反向并联二极管的开关管，并且，第一桥臂和第二桥臂分别与输入直流电源并联，第一桥臂和第二桥臂的交流输出端分别连接至进网滤波电感；控制电路，其用于分别向第一桥臂和第二桥臂中的各个开关管发送控制信号，以使得第一桥臂和第二桥臂中的开关管以下述方式导通或截止：在电网电压正半周或负半周，第一桥臂和第二桥臂上共有三个开关管导通，以使得电流从输入直流电源正极流向负极，所述三个开关管包括第一桥臂和第二桥臂中的一个桥臂的连接在输入直流电源正极与该桥臂的交流输出端之间的一个或两个开关管和另一个桥臂的连接在该桥臂的交流输出端与输入直流电源负极之间的两个或一个开关管，并且按照从输入直流电源正极到负极的顺序依次工作在高频、工频和高频，同时使得第一桥臂和第二桥臂中的其余开关管截止，其中，所述工作在高频的开关管用于调制输出正弦半波电压，所述工作在工频的开关管用于使工作在高频的开关管输出的正弦半波电压形成电网电压的正半周或负半周；两个续流二极管，其分别连接在第一桥臂和第二桥臂中的一个桥臂的交流输出端与另一个桥臂的分别工作于高频和工频的两个开关管的串联连接点之间，用于当工作在高频的开关管截止时与工作在工频的开关管形成续流回路。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟增，刘小刚，张新涛，吴军利，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：65