专利名称：用于太阳能电池阵的逆变器的制作方法
技术领域：
本发明涉及与太阳能电池阵一起使用的逆变器。
背景技术：
太阳能电池板阵由串联连接的太阳能电池组成。光伏(PV)逆变器将来自太阳能电池板阵的DC电压转换成用来连接至电网的AC电压。
图1示出了用于未接地的光伏系统的典型系统。如图I所示，来自太阳能电池板阵PV的输出DC电压(UD。)连接至逆变器的输入。采用脉冲宽度调制(PWM)将DC电压转换为在逆变器输出处的AC电网电压Uabo PWM控制单元控制逆变器开关以产生期望的PWM方案。太阳能电池板PV通过在电池板和接地框架(未示出)之间的寄生电容Cpvg耦合至接地端，所述接地框架机械支撑电池板。图I中相对于接地端在逆变器负输入处的电压Un是逆变器拓扑的函数，并且使用PWM方法来控制逆变器以将DC电压转换为AC电网电压Uabo跨电容器Cpvg的电压Un是PV阵相对于地的共模电压。电压Un的任何AC分量将产生通过电容器Cpvg从太阳能电池板到地-的电流。如果跨电容器的电压Un包含超高频率(“HF”)分量，其能够产生超高频率接地电流。这些高频率电流也可能损害太阳能电池板。现参阅图2，示出有一种H-桥逆变器。该逆变器有四个开关，在图2中被标示为S1、S2、S3和S4，采用固定频率PWM来控制该逆变器。图I中示出的PWM控制单元可以用来控制逆变器开关以产生期望的PWM方法。图3针对一个具体示例图示了与以下描述的图2中所示H-桥逆变器的操作相关的波形。应当指出，在这个示例中针对每个电网电压Ug的周期，仅使用六个(6)载波周期中。实际上载波频率高得多例如对于50Hz或60Hz的电网频率，载波频率为IOKHz到20KHz。对每个PWM载波期，如通过图3中波形中的第一个所示，选择期望的平均线-线电压Uref。电压UMf在电网电压Ug的整个周期内近似于正弦变化，电网电压Ug同样在图3中的第一个波形中示出。对于Uref的正值，开关SI在载波周期的一部分接通，且S4在整个载波周期接通(见图3中用于SI的第三个波形以及图3中用于S4的第六个波形)，并且开关S2在载波周期的一部分关断以及S3在整个开关周期关断(见图3中用于S2的第四个波形以及图3中用于S3的第五个波形)。这种开关接通和关断的安排在逆变器输出处施加了来自太阳能电池板阵的DC电压Udc以作为图3中第二个波形示出的电压Uffl。这是有效电压状态。对于Uref的正值在每个载波周期的剩余部分，SI关断且S2接通，同时如上所述S3继续保持关断且S4继续保持接通。这个开关接通和关断的安排在逆变器的输出处施加近似零电压Uab。这是零状态。类似于以上针对期望的平均线-线电压的正值所描述的序列也用于Uref的负值，其中-Udc在载波周期的一部分(有效状态)施加于逆变器输出处且对于剩余部分施加零电
3压(零状态)。可以利用跨过图I所示两个电感器中每个的电压Uu和Ul2近似相等的假设，对图2中的共模电压Un(在图3以第七个波形示出)进行近似
权利要求
1.一种全桥中性点钳位(NPC)逆变器，所述全桥NPC逆变器具有输入和输出，用于将所述逆变器输入处的直流电压转换为所述逆变器输出处的可接受用于连接至电网的交流电压，所述NPC全桥逆变器包括 八个开关元件SI至S8，所述开关元件SI至S4形成所述NPC逆变器全桥的第一半，并且所述开关元件S5至S8形成所述NPC逆变器全桥逆变器的第二半；以及 具有预定载波频率的脉冲宽度调制控制单元，对于每个载波周期，所述控制单元使用参考电压的正值或负值来产生预定数量的信号，用以控制所述八个开关元件中的每一个开关元件，按照预定模式在所述载波频率周期的预定周期内接通或关断，从而在所述逆变器输出处产生可接受用于连接至所述电网的所述交流电压，并且不在所述逆变器输入和接地端之间产生载波频率分量。
2.如权利要求I所述的全桥NPC逆变器，其中所述逆变器输出连接至电网，该电网的电压具有预定周期且针对每个载波周期选择所述参考电压的正值或负值以在整个所述电网电压预定周期近似于正弦波。
3.如权利要求I所述的全桥NPC逆变器，其中当所述逆变器输出处的所述电压等于所述逆变器输入处的所述DC电压的正值或负值时，所述开关元件S1、S4、S5和S8形成有效电压状态，以及当所述逆变器输出处的所述电压等于零时，所述开关元件S2、S3、S6和S7形成零电压状态。
4.如权利要求3所述的全桥NPC逆变器，其中对于所述参考电压具有正值的所有所述载波周期，所述开关元件S2和S7始终接通，所述开关元件S4和S5始终关断，所述开关元件SI和S3开关动作彼此相反，并且所述开关元件S6和S8开关动作彼此相反，从而当SI、S2、S7和S8接通且S3、S4、S5和S6关断时产生所述有效电压状态，以及当S2、S3、S6和S7接通且SI、S4、S5和S8关断时产生所述零电压状态。
5.如权利要求3所述的全桥NPC逆变器，其中对于所述参考电压具有负值的所有所述载波周期，所述开关元件SI和S8始终关断，所述开关元件S3和S6始终接通，所述开关元件S2和S4开关动作彼此相反，并且所述开关元件S5和S7开关动作彼此相反，从而当S3、S4、S5和S6接通且SI、S2、S7和S8关断时产生所述有效电压状态，当S2、S3、S6和S7接通且SI、S4、S5和S8关断时产生所述零电压状态。
6.如权利要求I所述的全桥NPC逆变器，其中所述八个开关元件布置为所述开关元件的四个互补对S1/S3、S4/S2、S5/S7和S8/S6，其中所述SI和S2开关元件不能在所述开关元件S2接通的同时都接通，所述S4和S2开关元件不能在所述开关元件S3接通的同时都接通，所述S5和S7开关元件不能在所述开关元件S6接通的同时都接通，以及所述S8和S6开关元件不能在所述开关元件S7接通的同时都接通。
7.如权利要求I所述的全桥NPC逆变器，其中所述开关元件SI、S2和S3不能同时全接通，所述开关元件S2、S3和S4不能同时全接通，所述开关元件S5、S6和S7不能同时全接通，以及所述开关元件S6、S7和S8不能同时全接通。
全文摘要
一种全桥NPC逆变器，其使用脉冲宽度调制(PWM)以将来自太阳能电池板阵的DC电压转换为在所述逆变器输出处的可接受用于连接至电网的AC电压。所述PWM控制单元具有预定载波周期。对每个载波周期，载波单元使用参考电压的正值或负值来产生预定数目的信号，用以控制八个逆变器开关元件中的每一个开关元件按照预定模式在载波频率周期的预定周期内接通和关断，从而在逆变器输出处产生可接受的交流电压，并且不在逆变器输入和接地端之间产生载波频率分量。
文档编号H02M7/487GK102934346SQ201180028027
公开日2013年2月13日 申请日期2011年6月2日 优先权日2010年6月7日
发明者D·W·卡拉克, K·P·戈克哈勒, M·T·朱西拉 申请人:Abb公司, Abb有限公司