一种单相非隔离型光伏并网逆变器拓扑结构的制作方法

本发明属于电力电子变换技术领域，尤其涉及一种单相非隔离型光伏并网逆变器拓扑结构。

背景技术：

随着科技的发展，化石能源的枯竭和环境污染的问题日益严重。利用清洁能源发电，例如光伏发电，逐步代替化石能源发电是解决这一问题的有效方式之一。由于光伏电池板输出电能为直流的方式，因此需要通过逆变器实现光伏发电并网。单相非隔离型光伏逆变器具有体积小、成本低、效率高等优势而被广泛应用于中小功率光伏发电并网。

目前，已有多种不同类型的单相非隔离型光伏并网逆变器拓扑被提出，例如单相全桥、单相半桥、中点钳位型等。然而，由于缺乏变压器的隔离，光伏电池板与交流电网之间存在电气连接，使得单相光伏并网逆变器普遍存在共模漏电流的问题，不利于效率的提高。针对共模漏电流的问题，主要有两种解决方案，一种是针对单相全桥逆变器采用双极性spwm调制以消除共模漏电流，但不利于提高转换效率；另一种是改进拓扑结构以消除共模漏电流，但这种方法大多需要增加额外的元件，增加了成本与体积。因此，对单相非隔离型光伏并网逆变器的研究将变得越来越重要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种单相非隔离型光伏并网逆变器拓扑结构。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种单相非隔离型光伏并网逆变器拓扑结构，包括光伏直流电源vpv，第一电容c1，第二电容c2，第三电容c3，第四电容c4，第一电感l1，第二电感l2，第三电感l3，第一二极管d1，第二二极管d2，第三二极管d3，第一开关管s1，第二开关管s2和单相交流配电网vg；光伏直流电源vpv的正负两极分别与第三电容c3的正负两极连接，光伏直流电源vpv的正极和第三电容c3的正极与第一二极管d1的阳极连接，第一二极管d1的阴极与第一电感l1的一端连接，第一电感l1的另一端与第一电容c1的正极、第二电感l2的一端、第四电容c4的正极和第一开关管s1的漏极连接；第一电容c1的负极与第二开关管s2的源极和第三电感l3的一端连接；第三电感l3的另一端与交流配电网的火线连接；第二电感l2的另一端与第二开关管s2的漏极和第二电容c2的正极连接；第二二极管d2的阳极和阴极分别与第一开关管s1的源极和漏极连接；第三二极管d3的阳极和阴极分别与第二开关管s2的源极和漏极连接；光伏直流电源vpv的负极、第三电容c3的负极、第四电容c4的负极、第一开关管s1的源极、第二电容c2的负极和交流配电网的零线与地线连接。

本发明的有益效果：实现了光伏电池板与交流侧共地，无需额外的辅助电路即可消除共模漏电流；通过调节开关频率即可实现光伏电池板输出功率与交流侧并网功率的解耦，使光伏电池板能够保持最大功率输出。

附图说明

图1是本发明一个实施例一种单相非隔离型光伏并网逆变器拓扑结构电路图；

图2是本发明一个实施例第一开关管s1导通期间的等效电路示意图；

图3是本发明一个实施例第一开关管s1断开，第二开关管s2未导通的死区期间的等效电路示意图；

图4是本发明一个实施例第二开关管s2导通和第一二极管d1导通期间的等效电路示意图；

图5是本发明一个实施例第二开关管s2导通和第一二极管d1截止期间的等效电路示意图；

图6是本发明一个实施例第二开关管s2断开，第一开关管s1未导通的死区期间的等效电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种单相非隔离型光伏并网逆变器拓扑结构，包括光伏直流电源vpv，第一电容c1，第二电容c2，第三电容c3，第四电容c4，第一电感l1，第二电感l2，第三电感l3，第一二极管d1，第二二极管d2，第三二极管d3，第一开关管s1，第二开关管s2和单相交流配电网vg。

并且，光伏直流电源vpv的正负两极分别与第三电容c3的正负两极连接；所述光伏直流电源vpv的正极和第三电容c3的正极与第一二极管d1的阳极连接；第一二极管d1的阴极与第一电感l1的一端连接；第一电感l1的另一端与第一电容c1的正极、第二电感l2的一端、第四电容c4的正极和第一开关管s1的漏极连接；第一电容c1的负极与第二开关管s2的源极和第三电感l3的一端连接；第三电感l3的另一端与交流配电网的火线连接；第二电感l2的另一端与第二开关管s2的漏极和第二电容c2的正极连接；第二二极管d2的阳极和阴极分别与第一开关管s1的源极和漏极连接；第三二极管d3的阳极和阴极分别与第二开关管s2的源极和漏极连接；光伏直流电源vpv的负极、第三电容c3的负极、第四电容c4的负极、第一开关管s1的源极、第二电容c2的负极和交流配电网的零线与地线连接。

具体实施时，如图1所示，设第一电感l1的电流为il1，第二电感l2的电流为il2，第三电感l3的电流为il3，第一电容c1的电压为vc1，第二电容c2的电压为vc2，第三电容c3的电压为vc3，第四电容c4的电压为vc4。

图2～图6为一个开关周期内的工作模态等效电路示意图，图2是第一开关管s1导通期间的等效电路示意图；图3是第一开关管s1断开，第二开关管s2未导通的死区期间的等效电路示意图；图4是第二开关管s2导通和第一二极管d1导通期间的等效电路示意图；图5是第二开关管s2导通和第一二极管d1截止期间的等效电路示意图；图6是第二开关管s2断开，第一开关管s1未导通的死区期间的等效电路示意图。以下将对各模态的工作情况进行具体分析，由于通过调频可以实现光伏电池板输出功率和交流并网功率解耦，因此第一电感l1的单个开关周期内的平均电流il1ave是恒定的，各模态分析中将不再列出il1和vc3的变化率表达式，在稳态分析中使用il1ave代替第一电感l1的电流值il1，实现il1ave恒定的开关频率fs的解析式将在模态分析后续部分给出。

1.如图2所示，模态1：

第一开关管s1导通，光伏直流电源vpv和第三电容c3给第一电感l1充电，第二电感l2给第二电容c2充电，第三电感l3给第一电容c1充电。此模态下相关的电气参数关系式为：

2.如图3所示，模态2：

第一开关管s1断开，第二开关管s2未导通，第三二极管d3导通，第一电感l1给第四电容c4、第二电感l2和第一电容c1充电，第二电感l2给第二电容c2充电，第三电感l3给第一电容c1充电。当第四电容c4的电压vc4等于vc1+vc2时停止充电，此模态下相关的电气参数关系式为：

3.如图4所示，模态3：

第二开关管s2导通，第一二极管d1导通，第一电感l1给第二电感l2和第一电容c1充电，第二电感l2给第二电容c2充电，第三电感l3给第一电容c1充电。此模态下相关的电气参数关系式为：

4.如图5所示，模态4：

第二开关管s2导通，第一二极管d1截止，第一电容c1给第二电感l2充电，第二电容c2给第三电感l3充电。此模态下相关的电气参数关系式为：

5.如图6所示，模态5：

第二开关管s2断开，第一开关管s1未导通，第四电容c4向第二电感l2和第一电容c1放电，当第四电容c4的电压vc4等于0时停止放电，此过程即为第一开关管s1的零电压开通条件的实现过程。第二电感l2给第二电容c2充电，第三电感l3给第一电容c1充电，此模态下相关的电气参数关系式为：

根据以上各模态的分析，对第二电感l2和第三电感l3分别运用伏秒平衡原则、对第一电容c1和第二电容c2分别运用安秒平衡原则分析稳态情况下系统各参数之间的关系。设第一开关管s1开通的时间为du1ts，其中du1为第一开关管s1的占空比，ts为开关周期，针对第二电感l2可得：

针对第三电感l3并结合(6)式可得：

针对第一电感l1可得：

设第二开关管开通期间il1下降至0的时间相对于开关周期的占空比为du2，针对第一电容c1可得：

结合(8)式和(9)式可得：

同理，针对第二电容并结合(8)式可得：

结合(10)式和(11)式可得il2＝il3。第一电感l1的电流il1是断续的，其单周期平均电流为：

由于稳态情况下第三电容的电压是恒定的，因此il1ave＝ipv，其中ipv为光伏电池板输出电流，则当开关频率满足式时，可以实现il1ave恒定。

本实施例第一开关管和第二开关管互补导通，并添加必要死区。通过第一二极管和第一电感使电流断续输入，并调节开关频率可实现光伏发电功率和交流并网功率解耦，通过第四电容可实现第一开关管零电压开通，交流配电网与光伏电池板共地可以避免产生共模漏电流。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。