专利名称：带交流旁路单元的光伏并网逆变器的制作方法
技术领域：
本发明涉及直流交流逆变器，特别是涉及光伏并网逆变器，属于电力电子变换器。
背景技术：
光伏发电具有可持续发展、环境友好特点，在应对能源及环境危机问题上较有优势。通常并网发电逆变器标准拓扑为四开关管全桥结构，通过工频隔离变压器或直接并网发电。由于工频隔离变压器增加了系统成本，不利于重量体积优化，且效率较低，因而四开关管全桥拓扑是中小功率光伏并网系统首选方案。为进一步优化效率，单极性调制相比双极性调制在实际中应用更多。但不隔离光伏发电系统由于光伏面板占地较大，存在较大的寄生电容，而单极性调制相比双极性调制存在较大的共模电压，在没有工频变压器或高频变压器隔离情况下将有可能导致出现较大的共模电流威胁人身安全。
发明内容
技术问题本发明的目的是在研究上述技术的基础上，提出一族带交流旁路单元的光伏并网逆变器，采用单极性调制策略，在保留单极性调制无工频变压器隔离四开关管全桥逆变器效率高的特点同时，共模电压较小。技术方案本发明提出的一族带交流旁路单元的光伏并网逆变器，包括拓扑1、拓扑2、拓扑3、拓扑4等，
1、其中拓扑1包括与输入直流电源并联电路以及与交流电网并联电路， a.所述的与输入电源并联电路，包括两条并联支路，第一条支路连接的顺序是电源正端、第一开关管、第六开关管、第三开关管、电源负端；第二条支路连接的顺序是电源正端、第二开关管、第四开关管、电源负端。b.所述的与交流电网并联电路，包括两条并联支路，第一条支路由第一滤波电感、交流电网、第二滤波电感、第五开关管、第一二极管构成；第二条支路由第二滤波电感、 交流电网、第一滤波电感、第六开关管、第二二极管构成。拓扑1控制方法如下所述，
a.电网电压正半周时，第五开关管直通，第一开关管、第四开关管以相同的驱动信号高频开关，第二开关管、第六开关管、第三开关管关断；第一开关管、第四开关管导通时，输入电源经第一开关管、第一滤波电感、交流电网、第二滤波电感、第四开关管构成供电回路向电网供电；第一开关管、第四开关管关断时，并网电流经第五开关管、第一二极管、第一滤波电感、交流电网、第二滤波电感构成续流回路维持并网电流。b.电网电压负半周时，第六开关管直通，第二开关管、第三开关管以相同的驱动信号高频开关，第一开关管、第五开关管、第四开关管关断；第二开关管、第三开关管导通时， 输入电源经第二开关管、第二滤波电感、交流电网、第一滤波电感、第六开关管、第三开关管构成供电回路向电网供电；第二开关管、第三开关管关断时，并网电流经第六开关管、第二二极管、第二滤波电感、交流电网、第一滤波电感构成续流回路维持并网电流。2、其中拓扑2包括与输入直流电源并联电路以及与交流电网并联电路，
a.所述的与输入电源并联电路，包括两条并联支路，第一条支路连接的顺序是电源正端、第一开关管、第三开关管、电源负端；第二条支路连接的顺序是电源正端、第六开关管、第四开关管、电源负端。b.所述的与交流电网并联电路，包括两条并联支路，第一条支路由第一滤波电感、交流电网、第二滤波电感、第五开关管、第一二极管构成；第二条支路由第二滤波电感、 交流电网、第一滤波电感、第二二极管、第六开关管构成。拓扑2控制方法如下所述，
a.电网电压正半周时，第五开关管直通，第一开关管、第四开关管以相同的驱动信号高频开关，第二开关管、第六开关管、第三开关管关断；第一开关管、第四开关管导通时，输入电源经第一开关管、第一滤波电感、交流电网、第二滤波电感、第四开关管构成供电回路向电网供电；第一开关管、第四开关管关断时，并网电流经第五开关管、第一二极管、第一滤波电感、交流电网、第二滤波电感构成续流回路维持并网电流。b.电网电压负半周时，第六开关管直通，第二开关管、第三开关管以相同的驱动信号高频开关，第一开关管、第五开关管、第四开关管关断；第二开关管、第三开关管导通时， 输入电源经第二开关管、第六开关管、第二滤波电感、交流电网、第一滤波电感、第三开关管构成供电回路向电网供电；第二开关管、第三开关管关断时，并网电流经第六开关管、第二滤波电感、交流电网、第一滤波电感、第二二极管构成续流回路维持并网电流。3、其中拓扑3包括与输入直流电源并联电路以及与交流电网并联电路，
a.所述的与输入电源并联电路，包括两条并联支路，第一条支路连接的顺序是 电源正端、第一开关管、第三开关管、电源负端；第二条支路连接的顺序是电源正端、 第二开关管、第五开关管、第四开关管、电源负端。b.所述的与交流电网并联电路，包括两条并联支路，第一条支路由第二滤波电感、交流电网、第一滤波电感、第二二极管、第六开关管构成；第二条支路由第一滤波电感、 交流电网、第二滤波电感、第五开关管、第一二极管构成。拓扑3控制方法如下所述，
a.电网电压正半周时，第五开关管直通，第一开关管、第四开关管以相同的驱动信号高频开关，第二开关管、第六开关管、第三开关管关断；第一开关管、第四开关管导通时，输入电源经第一开关管、第一滤波电感、交流电网、第二滤波电感、第五开关管、第四开关管构成供电回路向电网供电；第一开关管、第四开关管关断时，并网电流经第五开关管、第一二极管、第一滤波电感、交流电网、第二滤波电感构成续流回路维持并网电流。b.电网电压负半周时，第六开关管直通，第二开关管、第三开关管以相同的驱动信号高频开关，第一开关管、第五开关管、第四开关管关断；第二开关管、第三开关管导通时， 输入电源经第二开关管、第二滤波电感、交流电网、第一滤波电感、第三开关管构成供电回路向电网供电；第二开关管、第三开关管关断时，并网电流经第六开关管、第二滤波电感、交流电网、第一滤波电感、第二二极管构成续流回路维持并网电流。4、其中拓扑4包括与输入直流电源并联电路以及与交流电网并联电路，a.所述的与输入电源并联电路，包括两条并联支路，第一条支路连接的顺序是电源正端、第一开关管、第五开关管、第三开关管、电源负端；第二条支路连接的顺序是电源正端、第二开关管、第四开关管、电源负端。b.所述的与交流电网并联电路，包括两条并联支路，第一条支路由第二滤波电感、交流电网、第一滤波电感、第二二极管、第六开关管构成；第二条支路由第一滤波电感、 交流电网、第二滤波电感、第一二极管、第五开关管构成。拓扑4控制方法如下所述，
a.电网电压正半周时，第五开关管直通，第一开关管、第四开关管以相同的驱动信号高频开关，第二开关管、第六开关管、第三开关管关断；第一开关管、第四开关管导通时，输入电源经第一开关管、第五开关管、第一滤波电感、交流电网、第二滤波电感、第四开关管构成供电回路向电网供电；第一开关管、第四开关管关断时，并网电流经第五开关管、第一滤波电感、交流电网、第二滤波电感、第一二极管构成续流回路维持并网电流。b.电网电压负半周时，第六开关管直通，第二开关管、第三开关管以相同的驱动信号高频开关，第一开关管、第五开关管、第四开关管关断；第二开关管、第三开关管导通时， 输入电源经第二开关管、第二滤波电感、交流电网、第一滤波电感、第三开关管构成供电回路向电网供电；第二开关管、第三开关管关断时，并网电流经第六开关管、第二滤波电感、交流电网、第一滤波电感、第二二极管构成续流回路维持并网电流。有益效果本发明公开了一族带交流旁路单元，包括含六个开关管，两个二极管， 两个输出滤波电感组合的4种拓扑。配合其控制方法，本发明避免使用开关管体二极管，实现了光伏并网发电无变压器隔离情况下，高效率，无漏电流问题有源并网逆变。
图1为本发明所提出的带交流旁路单元的光伏并网逆变器拓扑1结构示意图。图2为本发明所提出的带交流旁路单元的光伏并网逆变器拓扑2结构示意图。图3为本发明所提出的带交流旁路单元的光伏并网逆变器拓扑3结构示意图。图4为本发明所提出的带交流旁路单元的光伏并网逆变器拓扑4结构示意图。图5为带交流旁路单元的拓扑1控制方法示意图，从上到下依次是各开关管驱动信号、并网交流电压、电感L1电流(即并网电流)。图6为带交流旁路单元的拓扑1共模电压、共模电流波形，从上到下依次是桥臂输出电压对直流母线负端共模电压、直流母线负端对地共模电压、共模电流。以上的图中有第一开关管S1、第二开关管&、第三开关管&、第四开关管、、第五开关管&、第六开关管S6、第一滤波电感L1、第二滤波电感L2、交流电网^id、第一二极管Dp
第二二极管D2。
具体实施例方式以下结合具体实施方式
，以拓扑1为例，对照附图，对本发明作进一步说明。图1为本发明所提出带交流旁路单元的拓扑1，包括与输入直流电源并联电路以及与交流电网并联电路。与输入电源并联电路，包括两条并联支路，第一条支路连接的顺序是电源正端、第一开关管、第六开关管、第三开关管、电源负端；第二条支路连接的顺序是电源正端、第二开关管、第四开关管、电源负端。与交流电网并联电路，包括两条并联支路，第一条支路由第一滤波电感、交流电网、第二滤波电感、第五开关管、第一二极管构成； 第二条支路由第二滤波电感、交流电网、第一滤波电感、第六开关管、第二二极管构成。电网电压正半周时，第五开关管直通，第一开关管、第四开关管以相同的驱动信号高频开关，第二开关管、第六开关管、第三开关管关断；第一开关管、第四开关管导通时，输入电源经第一开关管、第一滤波电感、交流电网、第二滤波电感、第四开关管构成供电回路向电网供电；第一开关管、第四开关管关断时，并网电流经第五开关管、第一二极管、第一滤波电感、交流电网、第二滤波电感构成续流回路维持并网电流。电网电压负半周时，第六开关管直通，第二开关管、第三开关管以相同的驱动信号高频开关，第一开关管、第五开关管、第四开关管关断；第二开关管、第三开关管导通时，输入电源经第二开关管、第二滤波电感、交流电网、第一滤波电感、第六开关管、第三开关管构成供电回路向电网供电；第二开关管、第三开关管关断时，并网电流经第六开关管、第二二极管、第二滤波电感、交流电网、第一滤波电感构成续流回路维持并网电流。图2为带交流旁路单元的拓扑1控制方法示意图，从上到下依次是各开关管驱动信号、并网交流电压、电感L1电流(即并网电流)，可以看出电网正半周时，第五开关管常开，第一、第四开关管高频开关；电网电压负半周，第六开关管常开，第二、第三开关管高频开关，为典型单极性调制策略。图3为带交流旁路单元的拓扑1共模电压、共模电流波形，从上到下依次是桥臂输出电压对直流母线负端共模电压、直流母线负端对地共模电压、共模电流。可以看出此时桥臂输出电压对直流母线负端共模电压基本恒定，直流母线负端对地共模电压基本为一直流分量上叠加低频分量，因而等效共模电容Cpv上流经共模电流很小，远低于标准中30mA有效值限制。这里重要的是，通过第一、第三开关管或第二、第四开关管对称分配输入电源电压，由此优选具有相同特性的开关管。此外通过续流回路经附加第一或第二二极管，避免了全桥拓扑中特性较差的体二极管使用，尤其是避免了其反向恢复问题，因而变换器获得较高效率。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本方面的具体实施只限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变形，且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围，例如输出滤波电路还包含与电网并联电容，或单电感滤波、LCL滤波电路；旁路单元中第五开关管&、第一二极管D1支路及第六开关管&、第二二极管&支路中开关管与二极管互换位置等。
权利要求
1.一种带交流旁路单元光伏逆变器，其特征在于拓扑1，包括输入端的直流电源并联电路以及输出端的与交流电网并联电路，所述的与输入电源并联电路，包括两条并联支路，第一条支路连接的顺序是电源正端、第一开关管(Si)、第六开关管(S6)、第三开关管(S3)、电源负端；第二条支路连接的顺序是电源正端、第二开关管(S2)、第四开关管(S4)、电源负端；所述的与交流电网并联电路，包括两条并联支路，第一条支路连接的顺序是第一滤波电感(Li)、交流电网Ovid)、第二滤波电感(L2)、第五开关管(S5)、第一二极管(D1)；第二条支路连接的顺序是第二滤波电感(L2)、交流电网0vid)、第一滤波电感知)、第六开关管(S6)、第二二极管(D2)。
2.如权利要求1所述的带交流旁路单元光伏逆变器，其特征在于所述的与输入电源并联电路包括两条并联支路，第一条支路连接的顺序是电源正端、第一开关管(S1)、第三开关管(S3)、电源负端；第二条支路连接的顺序是电源正端、第六开关管、第四开关管(54)、电源负端；与交流电网并联电路，包括两条并联支路，第一条支路连接顺序是第一滤波电感知)、交流电网Ovid)、第二滤波电感(L2)、第五开关管(S5)、第一二极管(D1)；第二条支路连接顺序是第二滤波电感(L2)、交流电网Ovid)、第一滤波电感知)、第二二极管(D2)、第六开关管(S6)。
3.如权利要求1所述的带交流旁路单元光伏逆变器，其特征在于所述的与输入电源并联电路包括两条并联支路，第一条支路连接的顺序是电源正端、第一开关管(S1)、第三开关管(S3)、电源负端；第二条支路连接的顺序是电源正端、第二开关管(S2)、第五开关管(55)、第四开关管(S4)、电源负端；与交流电网并联电路，包括两条并联支路，第一条支路连接顺序是第二滤波电感 (L2)、交流电网(、《)、第一滤波电感㈦)、第二二极管(D2)、第六开关管；第二条支路连接顺序是第一滤波电感(U、交流电网(、《)、第二滤波电感(L2)、第五开关管(S5)、第一二极管(D1)。
4.如权利要求1所述的带交流旁路单元光伏逆变器，其特征在于所述的与输入电源并联电路包括两条并联支路，第一条支路连接的顺序是电源正端、第一开关管(S1)、第五开关管(S5)、第三开关管(S3)、电源负端；第二条支路连接的顺序是电源正端、第二开关管 (S2)、第四开关管(S4)、电源负端；与交流电网并联电路，包括两条并联支路，第一条支路连接顺序是第二滤波电感(L2)、交流电网Ovid)、第一滤波电感知)、第二二极管(D2)、第六开关管(S6)构成；第二条支路连接顺序是第一滤波电感(k)、交流电网0vid)、第二滤波电感(L2)、第一二极管(D1)、第五开关管(S5)。
5.如权利要求1、2、3或7所述的带交流旁路单元光伏逆变器，其特征在于第一开关管(Si)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)、第四开关管(s4)、第五开关管(s5)、第六开关管(56)为双极型晶体管、金属氧化物场效应管或绝缘栅双极型晶体管。
全文摘要
带交流旁路单元光伏逆变器包括输入端的直流电源并联电路以及输出端的与交流电网并联电路,所述的与输入电源并联电路，包括两条并联支路，第一条支路连接的顺序是电源正端、第一开关管(S1)、第六开关管(S6)、第三开关管(S3)、电源负端；第二条支路连接的顺序是电源正端、第二开关管(S2)、第四开关管(S4)、电源负端；所述的与交流电网并联电路，包括两条并联支路，第一条支路连接的顺序是第一滤波电感(L1)、交流电网(vgrid)、第二滤波电感(L2)、第五开关管(S5)、第一二极管(D1)；第二条支路连接的顺序是第二滤波电感(L2)、交流电网(vgrid)、第一滤波电感(L1)、第六开关管(S6)、第二二极管(D2)。
文档编号H02J3/38GK102163935SQ201110052349
公开日2011年8月24日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者嵇保健, 王建华, 赵剑锋 申请人:东南大学