一种预充电电路和光伏逆变器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏发电技术领域，更具体地说，涉及一种预充电电路和光伏逆变器。
【背景技术】
[0002] 光伏逆变器是光伏发电系统中的能量转换装置，用于将光伏电池输出的直流电转 换成交流电后送入电网。
[0003] 当光伏逆变器需要在光伏电池高压下启动时，现有技术会预先接通如图1所示的 预充电电路来提高直流母线预充电电压，从而避免接通光伏电池瞬间因电池电压与直流母 线电压存在较大电压差而产生电流冲击；另外，当光伏逆变器运行于静止无功发生器模式 时，同样需要对直流母线进行预充电，以避免并网瞬间因直流母线电压与电网电压峰值间 存在较大电压差而产生电流冲击。
[0004] 但是，上述预充电方案采用的是二极管不控整流桥的全桥整流方式，整流的电压 不会超过电网电压峰值，并且由于整流与限流器件的压降、光伏逆变器直流侧负载（如开 关电源）的存在，实际电压会更低，导致直流母线预充电电压无法达到电网电压或者光伏 电池电压，因而无法避免光伏逆变器接通光伏电池时或并网时产生的电流冲击。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明提供一种预充电电路和光伏逆变器，以解决直流母线预充电电 压偏低的问题，从而避免光伏逆变器接通光伏电池时或并网时产生电流冲击。
[0006] 一种预充电电路，包括交流电源、整流半桥、辅助充电电容、限流装置和可控开关， 所述预充电电路与目标充电电容连接成倍压整流电路，其中：
[0007] 所述整流半桥的直流侧与所述目标充电电容并联连接，所述整流半桥的交流侧接 所述交流电源的一端；
[0008] 所述辅助充电电容的一端连接所述目标充电电容的任意一端，所述辅助充电电容 的另一端连接所述交流电源的另一端；
[0009] 所述限流装置串联在所述预充电电路的每一条充电路径上；
[0010] 所述可控开关串联在所述预充电电路的每一条充电路径上。
[0011] 其中，所述交流源为电网的相电压或者线电压。
[0012] 其中，所述整流半桥中的半导体器件为二极管、晶闸管、MOSFET或带反并联二极管 的IGBT0
[0013] 其中，所述限流装置为电阻、电感和扼流圈中的一种或任意几种的组合。
[0014] 其中，所述可控开关为继电器、MOSFET或IGBT。
[0015] 其中，所述整流半桥中的半导体器件为光伏逆变器的逆变电路上的反并联二极 管。
[0016] 其中，所述辅助充电电容为光伏逆变器直流侧的正母线电容和/或负母线电容。
[0017] 其中，所述限流装置为光伏逆变器的交流电抗。
[0018] 其中，所述可控开关为光伏逆变器的并网开关。
[0019] 一种光伏逆变器，包括上述任一种预充电电路。
[0020] 从上述的技术方案可以看出，本发明利用交流电源、整流半桥、辅助充电电容、限 流装置、可控开关以及目标充电电容组成倍压整流电路，来为目标充电电容进行预充电，使 得目标充电电容两端电压（即直流母线预充电电压）能够最高提升至2倍的交流电源电压 峰值，从而解决了直流母线预充电电压偏低的问题，进而避免了光伏逆变器接通光伏电池 时或并网时产生电流冲击。
【附图说明】
[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0022] 图1为现有技术公开的一种应用在光伏逆变器中的预充电电路结构示意图；
[0023] 图2a为本发明实施例公开的一种预充电电路结构示意图；
[0024] 图2b为图2a所示电路中的交流电源处于正向电压时的充电路径示意图；
[0025] 图2c为图2a所示电路中的交流电源处于负向电压时的充电路径示意图；
[0026] 图3a为应用有图2a所示电路的三相两电平光伏逆变器结构示意图；
[0027] 图3b为又一种应用有图2a所示电路的三相两电平光伏逆变器结构示意图
[0028] 图4a为本发明实施例公开的又一种预充电电路结构示意图；
[0029] 图4b为图4a所示电路中的交流电源处于正向电压时的充电路径示意图；
[0030] 图4c为图4a所示电路中的交流电源处于负向电压时的充电路径示意图；
[0031] 图5a为本发明实施例公开的又一种预充电电路结构示意图；
[0032] 图5b为应用有图5a所示电路的一种三相三电平光伏逆变器结构示意图；
[0033] 图6为本发明实施例公开的又一种预充电电路结构示意图；
[0034] 图7为应用有图6所示电路的三相两电平光伏逆变器结构示意图。
【具体实施方式】
[0035] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036] 本发明实施例公开了一种预充电电路，以解决直流母线预充电电压偏低的问题， 从而避免光伏逆变器接通光伏电池时或并网时产生电流冲击，包括交流电源、整流半桥、辅 助充电电容、限流装置和可控开关，所述预充电电路与目标充电电容连接成倍压整流电路， 其中：
[0037] 所述整流半桥的直流侧与所述目标充电电容并联连接，所述整流半桥的交流侧接 所述交流电源的一端；
[0038] 所述辅助充电电容的一端连接所述目标充电电容的任意一端，所述辅助充电电容 的另一端连接所述交流电源的另一端；
[0039] 所述限流装置串联在所述预充电电路的每一条充电路径上；
[0040] 所述可控开关串联在所述预充电电路的每一条充电路径上。
[0041] 本实施例利用交流电源、整流半桥、辅助充电电容、限流装置、可控开关以及目标 充电电容组成倍压整流电路，来为目标充电电容进行预充电，使得目标充电电容两端电压 (即直流母线预充电电压）能够最高提升至2倍的交流电源电压峰值，从而解决了直流母线 预充电电压偏低的问题，进而避免了光伏逆变器接通光伏电池时或并网时产生电流冲击。
[0042] 其中，针对所述预充电电路的各个组成部件，有以下5点需要说明：
[0043] 1)关于交流电源
[0044] 所述交流源可以为电网的相电压或者线电压，当其为电网相电压时，直流母线预 充电电压可最高提升至2倍的电网相电压峰值；当其为电网线电压时，直流母线预充电电 压可最高提升至2倍的电网线电压峰值。
[0045] 2)关于整流半桥
[0046] 所述整流半桥中的半导体器件可以是二极管、晶闸管、MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET，金属氧化物半导体场效应晶体管）或带反并联二极管的 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管）等可以限制电流单向流 动的半导体器件。
[0047] 作为优选，为节省硬件成本，所述整流半桥中的半导体器件可直接采用光伏逆变 器的逆变电路上的反并联二极管。
[0048] 3)关于辅助充电电容
[0049] 为节约硬件成本，所述辅助充电电容可直接采用光伏逆变器直流侧的正母线电容 和/或负母线电容。
[0050] 4)关于限流装置
[0051] 所述限流装置可以是限流电阻、电感和扼流圈中的一种或任意几种的组合。在所 述预充电电路的每一条充电路径上，至少串联有一个限流装置。作为优选，为节约硬件成 本，所述限流装置可直接采用光伏逆变器的交流电抗。
[0052] 5)关于可控开关
[0053] 所述可控开关可以是继电器、MOSFET或IGBT等。在所述预充电电路的每一条充 电路径上，至少串联有一个可控开关。作为优选，为节约硬件成本，所述限流装置可直接采 用光伏逆变器的并网开关。在同一充电路径上，所述可控开关与所述限流装置合称为开关 限流装置。
[0054] 此外，针对所述预充电电路的整体结构，根据交流电源、整流半桥和辅助充电电容 数量的不同，所述预充电电路具有多种组合形式，下面，通过示例1~示例3进行举例说 明：
[0055] 1)示例1
[0056] 参见图2a，以预充电电路具有1个交流电源S、1个由二极管Dl和二极管D2串联 连接而成的整流半桥以及1个辅助充电电容Caux为例（图中，Zl表示串联在所述预充电电 路的唯一一条充电路径上的开关限流装置；Cbus表示目标充电电容，在达到充电稳态后， 目标充电电容两端电压就是直流母线预充电电压）：交流电源S处于正向电压时，充电路径 如图2b所示，电流经过Zl、Caux、Cbus、D2形成充电环路，为Cbus和Caux正向充电；交流电 源S处于负向电压时，充电路径如图2c所示，电流经过Dl、Caux、Zl形成充电环路，为Caux 反向充电。由于正向充电环路阻抗中包含Caux和Cbus，而负向充电环路阻抗中少了Cbus， 所以在充电过程中正向充电电流低于负向充电电流，Caux会积累负向充电电荷，而Cbus只 在正向充电时积累正向充电电荷。
[0057] 假设交流电源S的电压幅值为Vs，Cbus的稳态电压为Vbus，Caux的稳态电压为 Vaux。达到充电稳态后，图2b的正向充电电流和图2c的反向充电电流都将趋近于0,即开 关限流装置Zl的压降趋近于0。忽略环路中二极管Dl~D2的压降，则在图2b的