专利名称：一种非隔离光伏并网逆变器的制作方法
技术领域：
—种非隔离光伏并网逆变器技术领域[0001]本实用新型涉及一种非隔离光伏并网逆变器，属并网逆变器拓扑技术领域。
背景技术：
[0002]非隔离型光伏并网逆变器拥有效率高、体积小、重量轻和成本低等优势。但由于电池板对地寄生电容的存在，使得并网逆变器开关器件的开关动作可能产生高频时变电压作用在寄生电容之上，由此诱发的漏电流可能超出允许范围。高频漏电流的产生会带来传导和辐射干扰、进网电流谐波及损耗的增加，甚至危及设备和人员安全。[0003]单极性SPWM全桥并网逆变器的差模特性优良，如输入直流电压利用率高和滤波电感电流脉动量小等受到广泛关注。但同时产生了开关频率脉动的共模电压(其幅值为输入直流电压)，使得在光伏并网应用场合需要加入变压器隔离(低频或高频)，但高频脉动的共模电压对变压器的绝缘强度构成威胁，进一步增加了制作成本。为了去掉单极性SPWM 全桥并网逆变器中的隔离变压器，专利EP1369985A2提出在全桥电路的桥臂中点间(交流侧)加入双向可控开关组构造新的续流回路；专利US 7411802B2仅在电池侧正端引入一支高频开关，同样可以实现续流阶段太阳能电池端与电网脱离。但根据全桥电路高频共模等效模型，为了消除单极性SPWM调制产生的高频共模电压，必须使续流阶段的续流回路电位箝位在太阳能电池输入电压的一半，这样才能使共模电压完全消除，而并非简单的使电池板与电网脱离。专利CN101814856A(已完成实质性审查和修回，待批准)在专利US 7411802B2的基础上加入箝位支路可将续流阶段的续流回路电位箝位在太阳能电池输入电压的一半，大幅降低开关频率漏电流，单由于引入的单向开关引起了漏电流正负半周不对程，增加了均压电容平衡电路的负担，另外，与专利US 7411802B2 一样，在功率传输阶段电流需要流经三只功率管，增加了导通损耗。发明内容[0004]本实用新型的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种非隔离光伏并网逆变器。[0005]为实现上述目的，本实用新型所述非隔离光伏并网逆变器可采用如下三种技术方[0006]技术方案一[0007]—种非隔离光伏并网逆变器，包括分压电容支路、箝位支路、全桥基本单元和续流支路；分压电容支路由第一分压电容Cdca、第二分压电容Ctk2组成；箝位支路包括第七功率开关管S7、第八功率开关管S8组成；全桥基本单元由第一功率开关管S1、第二功率开关管 S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4组成；箝位支路由第五功率开关管S5、第六功率开关管S6组成。[0008]其中第一分压电容Cdel的正端分别连接太阳能电池正输出端、第一功率开关管S1 和第三功率开关管S3的集电极；第一分压电容Cdca的负端分别连接第二分压电容Cde2的正端、第八功率开关管S8的集电极；第二分压电容Ctk2的负端分别连接太阳能电池负输出端、 第二功率开关管S2的发射极、第四功率开关管S4的发射极。[0009]第一功率开关管S1的发射极分别连接第二功率开关管S2的集电极、第五功率开关管S5的集电极以及进网滤波器L1的一端。[0010]第三功率开关管S3的发射极分别连接第四功率开关管S4的集电极、第六功率开关管S6的集电极以及进网滤波器L2的一端。[0011]第五功率开关管S5的发射极分别连接第六功率开关管S6的发射极、第七功率开关管S7的集电极。[0012]第七功率开关管S7的发射极连接第八功率开关管S8的发射极。[0013]技术方案二[0014]一种非隔离光伏并网逆变器，包括分压电容支路、箝位支路、全桥基本单元和续流支路；分压电容支路由第一分压电容Cdca、第二分压电容Ctk2组成；箝位支路包括第七功率开关管S7、第八功率开关管S8组成；全桥基本单元由第一功率开关管S1、第二功率开关管 S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4组成；箝位支路由第五功率开关管S5、第六功率开关管S6组成。[0015]其中第一分压电容Cdel的正端分别连接太阳能电池正输出端、第一功率开关管S1 和第三功率开关管S3的集电极；第一分压电容Cdca的负端分别连接第二分压电容Cde2的正端、第八功率开关管S8的集电极；第二分压电容Ctk2的负端分别连接太阳能电池负输出端、 第二功率开关管S2的发射极、第四功率开关管S4的发射极。[0016]第一功率开关管S1的发射极分别连接第二功率开关管S2的集电极、第五功率开关管S5的集电极、第七功率开关管S7的集电极以及进网滤波器L1的一端。[0017]第三功率开关管S3的发射极分别连接第四功率开关管S4的集电极、第六功率开关管S6的集电极以及进网滤波器L2的一端。[0018]第五功率开关管S5的发射极分别连接第六功率开关管S6的发射极[0019]第七功率开关管S7的发射极连接第八功率开关管S8的发射极。[0020]技术方案三[0021]一种非隔离光伏并网逆变器，包括分压电容支路、箝位支路、全桥基本单元和续流支路；分压电容支路由第一分压电容Cdca、第二分压电容Ctk2组成；箝位支路包括第七功率开关管S7、第八功率开关管S8组成；全桥基本单元由第一功率开关管S1、第二功率开关管 S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4组成；箝位支路由第五功率开关管S5、第六功率开关管S6组成。[0022]其中第一分压电容Cdca的正端分别连接太阳能电池正输出端、第一功率开关管S1 和第三功率开关管S3的集电极；第一分压电容Cdca的负端分别连接第二分压电容Cde2的正端、第八功率开关管S8的集电极；第二分压电容Ctk2的负端分别连接太阳能电池负输出端、 第二功率开关管S2的发射极、第四功率开关管S4的发射极。[0023]第一功率开关管S1的发射极分别连接第二功率开关管S2的集电极、第五功率开关管S5的集电极以及进网滤波器L1的一端。[0024]第三功率开关管S3的发射极分别连接第四功率开关管S4的集电极、第六功率开关管S6的集电极、第七功率开关管S7的集电极以及进网滤波器L2的一端。[0025]第五功率开关管S5的发射极分别连接第六功率开关管S6的发射极。[0026]第七功率开关管S7的发射极连接第八功率开关管S8的发射极。[0027]上述三种非隔离光伏并网逆变器本的开关控制时序相同，具体过程如下[0028]将第一功率开关管S1和第四功率开关管S4在进网电流正半周按单极性SPWM方式高频动作，负半周关断；[0029]将第二功率开关管S2和第三功率开关管S3在进网电流负半周按单极性SPWM方式高频动作，正半周关断；[0030]将第五功率开关管S5在进网电流负半周开通，正半周关断；[0031]将第六功率开关管S6在进网电流正半周开通，负半周关断；[0032]将第七功率开关管S7和第八功率开关管S8在进网电流正半周的驱动信号与第一功率开关管S1的驱动信号互补，并加入死区时间；在进网电流负半周的驱动信号与第二功率开关管S2的驱动信号互补，并加入死区时间；[0033]本实用新型在全桥电路的基础上在桥臂输出侧加入两支可控开关管提供续流回路和在直流侧加入两支可控开关管和分压电容构成双向箝位支路，可以实现续流阶段时续流回路电位处于二分之一的电池电压来抑制漏电流，并保证了功率传输阶段输出电流仅流经两支开关管，有效降低了导通损耗。另外，箝位支路的加入使得交直流侧引入的高频开关的电压应力仅为输入电池电压的一半。
[0034]图I (a)是本实用新型主电路技术方案一的电路图。[0035]在本技术方案中，是箝位支路的一端接与续流支路的中点。[0036]图I (b)本实用新型主电路技术方案二的电路图。[0037]在本技术方案中，箝位支路的一端接与续流支路侧边。[0038]图1(c)是本实用新型主电路技术方案三的电路图。[0039]在本技术方案中，箱位支路的一端接与续流支路另一侧边。[0040]图2是本实用新型的功率开关管驱动信号示意图。[0041]图3 (a)-(d)是本实用新型箝位工作模态图，其中[0042]图3(a)是续流回路电压降低，进网电流正半周的工作模态图；[0043]图3(b)是续流回路电压升高，进网电流正半周的工作模态图；[0044]图3(c)是续流回路电压降低，进网电流负半周的工作模态图；[0045]图3(d)是续流回路电压升高，进网电流负半周的工作模态图。[0046]图4是本实用新型实施例的逆变器桥臂输出电压(差模电压)和进网电压、电流波形图。[0047]图5(a)是本实用新型实施例的共模电压波形及频谱图。[0048]图5(b)是本实用新型实施例的漏电流波形及频谱图。[0049]上述附图的主要符号及标号名称Cdel、Cdc2-分压电容！S1 S8-功率开关管；Grid，ug——电网电压；Upv——太阳能电池板输出电压；U、L2——进网滤波电感！C1—— 进网滤波电容；ig——进网电流；u1N——逆变桥中点I对电池负端电压；u2N——逆变桥中点 2对电池负端电压；iLeakage漏电流o具体实施方式
[0050]
以下结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明[0051]图l(a)_(c)描述了本实用新型的主电路的三种构成方式，由第一分压电容Cdel和第二分压电容Ctk2串联组成基本单元I ;由第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3和第四功率开关管S4组成基本单元3 ；由第五功率开关管S5、第六功率开关管S6 组成基本单元4 ；由第七功率开关管S7、第八功率开关管S8组成基本单元2 ;基本单元2与基本单元3的三种链接方式构成三种电路结构。[0052]图2为本实用新型主电路功率开关管的驱动信号时序图，第一功率开关管S1和第四功率开关管S4在进网电流正半周按单极性SPWM方式高频动作，在进网电流负半周关闭； 第二功率开关管S2和第三功率开关管S3在进网电流负半周按单极性SPWM方式高频动作， 在进网电流正半周关闭；第五功率开关管S5的驱动信号在进网电流负半周直通，在进网电流正半周关闭；第六功率开关管S6的驱动信号在进网电流正半周直通，在进网电流负半周关闭；第七功率开关管37和第八功率开关管S8的驱动信号在进网电流正半周与第一功率开关管S1的驱动信号互补，并加入死区时间，在进网电流负半周与第二功率开关管S2的驱动信号互补，并加入死区时间；为了保证续流回路的完全箝位，过零阶段第五功率开关管S5、 第六功率开关管S6、第七功率开关管S7和第八功率开关管S8需要导通。[0053]图3(a)_(d)为变换器箝位工作时的等效电路。无论进网电流的方向，只要续流回路电位降低，第八功率开关管S8和第七功率开关管S7的反并二极管或寄生二级管导通，将续流回路箝位在;只要续流回路电位升高，第七功率开关管S7和第八功率开关管S8的反并二极管或寄生二级管导通导通，同样将续流回路箝位在电平。[0054]本实用新型的一个具体实例如下电池板电压Upv = 400V、电网电压Ugrid = 220VRMS、电网频率f#d = 50Hz、额定功率Pn = 2kff ;直流母线电容Cdel = Cdc2 = 470 u F ;滤波电感L1 = L2 = 2mH ;滤波电容C1 = 6 ii F ;电池板对地寄生电容Cpvl = Cpv2 = 0. 15 y F ;开关频 f = 20kHZ。[0055]附图4 5为该实例的具体实验波形图，从图4中可以看出，并网逆变器的桥臂输出电压为单极性SPWM波形，实现了优良的差模特性，可以减小滤波电感大小和提高变换效率。[0056]从附图5(a)中可以看出逆变器桥臂输出的共模电压除了在开关死区时间内有脉冲电压外，其它时间段均被有效箝位至恒定值，大幅降低了共模电压的脉动能量，有利于减小共模漏电流的幅值；附图5(b)从实验角度量化证明了漏电的幅值大小，低于标准DIN VDE 0126-1-1-2006 的限定值(小于 20mA)。
权利要求1.一种非隔离光伏并网逆变器，其特征在于包括分压电容支路(I)、箝位支路(2)、全桥基本单元(3)和续流支路(4);分压电容支路(I)由第一分压电容(Cdca)、第二分压电容 (Cdc2)组成；箝位支路(2)由第七功率开关管(S7)、第八功率开关管(S8)组成；全桥基本单元(3)由第一功率开关管(SJ、第二功率开关管(S2)、第三功率开关管(S3)、第四功率开关管(S4)组成；箝位支路(4)由第五功率开关管(S5)、第六功率开关管(S6)组成；上述第一分压电容(Cdel)的正端分别连接太阳能电池正输出端、第一功率开关管(S1) 和第三功率开关管(S3)的集电极；第一分压电容(Cdca)的负端分别连接第二分压电容 (Cdc2)的正端、第八功率开关管(S8)的集电极；第二分压电容(Ctk2)的负端分别连接太阳能电池负输出端、第二功率开关管(S2)的发射极、第四功率开关管(S4)的发射极；上述第一功率开关管(S1)的发射极分别连接第二功率开关管(S2)的集电极、第五功率开关管(S5)的集电极以及进网滤波器(Z1)的一端；上述第三功率开关管(S3)的发射极分别连接第四功率开关管(S4)的集电极、第六功率开关管(S6)的集电极以及进网滤波器(Z2)的一端；上述第五功率开关管(S5)的发射极分别连接第六功率开关管(S6)的发射极、第七功率开关管(S7)的集电极；上述第七功率开关管(S7)的发射极连接第八功率开关管(S8)的发射极。
2.一种非隔离光伏并网逆变器，其特征在于包括分压电容支路(I)、箝位支路(2)、全桥基本单元(3)和续流支路(4);分压电容支路(I)由第一分压电容(Cdca)、第二分压电容 (Cdc2)组成；箝位支路(2)由第七功率开关管(S7)、第八功率开关管(S8)组成；全桥基本单元(3)由第一功率开关管(SJ、第二功率开关管(S2)、第三功率开关管(S3)、第四功率开关管(S4)组成；箝位支路(4)由第五功率开关管(S5)、第六功率开关管(S6)组成；上述第一分压电容(Cdel)的正端分别连接太阳能电池正输出端、第一功率开关管(S1) 和第三功率开关管(S3)的集电极；第一分压电容(Cdca)的负端分别连接第二分压电容 (Cdc2)的正端、第八功率开关管(S8)的集电极；第二分压电容(Ctk2)的负端分别连接太阳能电池负输出端、第二功率开关管(S2)的发射极、第四功率开关管(S4)的发射极；上述第一功率开关管(S1)的发射极分别连接第二功率开关管(S2)的集电极、第五功率开关管(S5)的集电极、第七功率开关管(S7)的集电极以及进网滤波器(Z1)的一端；第三功率开关管(S3)的发射极分别连接第四功率开关管(S4)的集电极、第六功率开关管(S6)的集电极以及进网滤波器(Z2)的一端；第五功率开关管(S5)的发射极分别连接第六功率开关管(S6)的发射极第七功率开关管(S7)的发射极连接第八功率开关管(S8)的发射极。
3.一种非隔离光伏并网逆变器，其特征在于包括分压电容支路(I)、箝位支路(2)、全桥基本单元(3)和续流支路(4);分压电容支路(I)由第一分压电容(Cdca)、第二分压电容 (Cdc2)组成；箝位支路(2)由第七功率开关管(S7)、第八功率开关管(S8)组成；全桥基本单元(3)由第一功率开关管(SJ、第二功率开关管(S2)、第三功率开关管(S3)、第四功率开关管(S4)组成；箝位支路(4)由第五功率开关管(S5)、第六功率开关管(S6)组成；其中第一分压电容(Ctkl)的正端分别连接太阳能电池正输出端、第一功率开关管(S1) 和第三功率开关管(S3)的集电极；第一分压电容(Cdca)的负端分别连接第二分压电容 (Cdc2)的正端、第八功率开关管(S8)的集电极；第二分压电容(Ctk2)的负端分别连接太阳能电池负输出端、第二功率开关管(S2)的发射极、第四功率开关管(S4)的发射极；上述第一功率开关管(S1)的发射极分别连接第二功率开关管(S2)的集电极、第五功率开关管(S5)的集电极以及进网滤波器(Z1)的一端；上述第三功率开关管(S3)的发射极分别连接第四功率开关管(S4)的集电极、第六功率开关管(S6)的集电极、第七功率开关管(S7)的集电极以及进网滤波器(Z2)的一端； 上述第五功率开关管(S5)的发射极分别连接第六功率开关管(S6)的发射极；第七功率开关管(S7)的发射极连接第八功率开关管(S8)的发射极。
专利摘要本实用新型提供一种高效、低漏电流的非隔离型光伏并网逆变器，包括分压电容支路(1)、箝位支路(2)、全桥基本单元(3)和续流支路(4)。本实用新型在全桥电路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和加入两支可控开关管构成零电平续流支路，并配合开关时序可以实现续流阶段时续流回路电位处于二分之一的电池电压，从而消除非隔离并网逆变器的漏电流；并保证了功率传输阶段输出电流仅流经两支开关管，使得导通损耗最低。
文档编号H02M7/5387GK202309553SQ20112040324
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月20日 优先权日2011年10月20日
发明者肖华锋 申请人:东南大学