一种无变压器型光伏并网逆变器的制造方法
【专利摘要】一种无变压器型光伏并网逆变器，包括直流电源VDC、第一钳位二极管D1、第二钳位二极管D2、逆变模块、输出滤波电感L1。本实用新型所提出的一种无变压器型光伏并网逆变器，在续流期间电网与光伏板之间形成了电气隔离，此时电流只经过第一开关管S1与第三续流二极管D3或第二开关管S2与第四续流二极管D4降低了开关管的损耗。另外，本实用新型所提出的一种无变压器型光伏并网逆变器无共模电流产生，提高了系统的安全性、可靠性和系统效率。
【专利说明】
一种无变压器型光伏并网逆变器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及光伏并网逆变器技术领域，特别是一种无变压器型光伏并网逆变 器。
【背景技术】
[0002] 近年来，光伏并网发电系统(PV)在世界各地得到了广泛的发展，特别是具有效率 高、体积小、重量轻、成本低的逆变器的小功率单相光伏并网系统的发展更为显著。
[0003] 然而，光伏板和电网之间由于没有变压器隔离会存在电气连接，对人身安全存在 一定的威胁，另外如果逆变器的共模电压变化时，光伏板和地之间的谐振回路会产生共模 电流。共模电流可能导致严重的传导型或辐射型电磁干扰，致使电网电流产生畸变，并增加 了系统的额外损耗。
【发明内容】
[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种无变压器型光伏并网逆变器，保证无 共模电流产生。
[0005] 为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是:一种无变压器型光伏并 网逆变器，包括直流电源VDC、第一钳位二极管D1、第二钳位二极管D2、逆变模块、输出滤波 第一电感L1，其特征在于:所述第一钳位二极管D1和第二钳位二极管D2串联后并联于在直 流电源VDC的两端。
[0006] 所述逆变模块包括第一桥臂、第二桥臂、上辅助桥臂、下辅助桥臂;所述第一桥臂 包括第三开关管S3和第四开关管S4,第三开关管S3的发射极与第四开关管S4的集电极串联 后并联在直流电源VDC的两端;所述第二桥臂包括第一吸收电容C1和第二吸收电容C2,第二 桥臂包括第一吸收电容C1和第二吸收电容C2串联后并联在直流电源VDC的两端;所述下辅 助桥臂包括第三续流二极D3和第一开关管S1，第三续流二极管D3的阳极与第一开关管S1的 发射极串联，第三续流二极管D3的阴极与第三开关管S3的发射极连接，第一开关管S1的集 电极与第二钳位二极管D2阴极连接;所述上辅助桥臂包括第四续流二极管D4和第二开关管 S2,第四续流二极管D4阳极与第二开关管S2的发射极串联，第四续流二极管D4的阴极与第 一钳位二极管D1阳极连接，第二开关管S2的集电极与第四开关管S4的集电极相连接。
[0007] 所述输出滤波模块包括第一电感L1，第一电感L1的一端与第一桥臂上第三开关管 S3的发射极连接，另一端与交流侧相连接。
[0008] 所述第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关S4均采用绝缘栅双极 晶体管IGBT。
[0009] 本实用新型所提出的一种无变压器型光伏并网逆变器，在电网电压的正半周期， 第一开关管S1始终导通，因此，其开关损耗为0。因而，这一阶段的开关损耗主要来源于第三 开关管S3,其开关电压为VDC/2。同样，在电网电压负半周期，第二开关管S2始终导通，因此， 其开关损耗为0。因而，这一阶段的开关损耗主要来源于第四开关管S4，其开关电压为VDC/ 2,降低了开关管的损耗。另外，本实用新型所提出的一种无变压器型光伏并网逆变器的共 模电压基本不变，从而不产生共模电流。
【附图说明】
[0010]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
[0011]图1为本实用新型的结构不意图；
[0012] 图2为本实用新型的逻辑模块的示意图；
[0013] 图3为本实用新型第一阶段电流回路示意图；
[0014] 图4为本实用新型第二阶段电流回路示意图；
[0015]图5为本实用新型第三阶段电流回路示意图；
[0016] 图6为本实用新型第四阶段电流回路示意图；
[0017] 图7为本实用新型共模电压的波形图；
[0018] 图8为本实用新型共模电流的波形图；
【具体实施方式】
[0019] 如图1所示，一种无变压器型光伏并网逆变器，包括直流电源VDC、第一钳位二极管 D1、第二钳位二极管D2、逆变模块、输出滤波第一电感L1，其特征在于:所述第一钳位二极管 D1和第二钳位二极管D2串联后并联在直流电源VDC的两端。
[0020] 所述逆变模块包括第一桥臂、第二桥臂、上辅助桥臂、下辅助桥臂;所述第一桥臂 包括第三开关管S3和第四开关管S4,第三开关管S3的发射极与第四开关管S4的集电极串联 后并联在直流电源VDC的两端;所述第二桥臂包括第一吸收电容C1和第二吸收电容C2,第二 桥臂包括第一吸收电容C1和第二吸收电容C2串联后并联在直流电源VDC的两端;所述下辅 助桥臂包括第三续流二极D3和第一开关管S1，第三续流二极管D3的阳极与第一开关管S1的 发射极串联，第三续流二极管D3的阴极与第三开关管S3的发射极连接，第一开关管S1的集 电极与第二钳位二极管D2阴极连接;所述上辅助桥臂包括第四续流二极管D4和第二开关管 S2,第四续流二极管D4阳极与第二开关管S2的发射极串联，第四续流二极管D4的阴极与第 一钳位二极管D1阳极连接，第二开关管S2的集电极与第四开关管S4的集电极相连接。
[0021 ]所述输出滤波模块包括第一电感L1，第一电感L1的一端与第一桥臂上第三开关管 S3的发射极连接，另一端与交流侧相连接。
[0022]所述第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关S4均采用绝缘栅双极 晶体管IGBT。
[0023]所述第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关S4均与续流二极管并 联，开关管发射极与续流二极管的正极连接，开关管集电极与续流二极管的负极连接。
[0024] 如图2所示，在无变压器型光伏逆变器拓扑结构中采用单极性SPWM调制策略，逻辑 电路工作方式是在交流侧电压正半周时，第一开关管S1始终导通，第三开关管S3的栅极输 入高频驱动信号，高频开通和关断，第二开关管S2和第四开关管S4始终关断;在交流侧电压 负半周时，第二开关管S2始终导通，第四开关管S4的栅极输入高频驱动信号，高频开通和关 断，第一开关管S1和第三开关管S3始终关断。
[0025] 本实用新型逆变器在工频周期内有四个工作阶段：
[0026]在介绍本实用新型逆变器在工频周期内有四个工作阶段前，首先介绍一下共模电 压，共模电压Vcm是逆变器输出与直流侧公共参考点N之间电压的平均值为
[0028] 差模电压Vdm为逆变器输出之间的电压差为
[0029] Vdm = VlN-V2N = Vl2 (2)
[0030] 当差模阻抗不对称时，如图1中只有第一电感L1，不存在第二电感L2，即L2 = 0，所 以L1不等于L2。差模电压会产生一个等效的共模电压为
[0032]电路中总的共模电压为
[0033] Vtcm = Vcm+Vecm (4)
[0034] 如图3所示，第一工作阶段:在工频电压正半周期，第一开关管S1始终导通，第三开 关管S3的栅极输入高频驱动信号，第二开关管S2和第四开关管S4始终关断。第一开关管S1 和第三开关管S3导通时并网电流经第三开关管S3、第一电感L1、第二吸收电容C2向电网供 电。乂謂=￥0(：，￥2~=￥0(：/2，输出电压￥12 = ￥0(：/2，有上述公式可得差模电压￥(1111=￥0(：/2，共 模电压Vcm = 3 VDC/4，总的共模电压Vt cm = VDC/2 〇
[0035] 如图4所示，第二工作阶段:第三开关管S3关断，第一开关管S1导通，第二开关管S2 和第四开关管S4始终关断，由第一开关管S1、第三续流二极管D3、第一电感L1、交流电网、第 二吸收电容C2、第二钳位二极管D2组成续流路径使光伏板与交流电网隔离。V1N = V2N = VDC/2,输出电压V12 = 0,有上述公式可得差模电压Vdm = 0,共模电压Vcm=VDC/2,总的共模 电压 Vtcm = VDC/2〇
[0036] 如图5所示，第三工作阶段:在工频电压负半周期，第二开关管S2始终导通，第四开 关管S4的栅极输入高频驱动信号，第一开关管S1和第三开关管S3始终关断。第二开关管S2 和第四开关管S4导通时并网电流经第四开关管S4、第一电感L1、第一吸收电容C1向电网供 电。乂謂=0￥，￥2~ = ￥0(：/2，输出电压￥12 = -￥0(：/2，有上述公式可得差模电压￥(1111 = -￥0(：/2， 共模电压Vcm = VDC/4，总的共模电压Vt cm = VDC/2 〇
[0037] 如图6所示，第四工作阶段:第四开关管S4关断，第二开关管S2导通，第一开关管SI 和第三开关管S3始终关断，由第二开关管S2、第四续流二极管D4、第一电感L1、交流电网、第 一吸收电容C1、第一钳位二极管D1构成续流路径使光伏板与交流电网隔离。V1N = V2N = VDC/2,输出电压V12 = 0,有上述公式可得差模电压Vdm = 0,共模电压Vcm=VDC/2,总的共模 电压 Vtcm = VDC/2〇
[0038] 通过上面的分析可知共模电压恒定，所以有助于消除共模电流。
[0039]在单极性SPWM调制策略下共模电压Vcm、共模电流的波形如图7、8所示。
[0040] 本实用新型一种无变压器型单向并网逆变器消除了共模电流对人身安全存在的 威胁和电磁干扰的问题，提高了系统的可靠性和提高系统效率。
[0041] 上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限 制，本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案 中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型 的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种无变压器型光伏并网逆变器，包括直流电源(VDC)、第一钳位二极管(D1)、第二 钳位二极管(D2)、逆变模块、输出滤波第一电感(L1)，其特征在于：所述第一钳位二极管 (D1)和第二钳位二极管(D2)串联后并联于在直流电源(VDC)的两端； 所述逆变模块包括第一桥臂、第二桥臂、上辅助桥臂、下辅助桥臂;所述第一桥臂包括 第三开关管(S3)和第四开关管(S4)，第三开关管(S3)的发射极与第四开关管(S4)的集电极 串联后并联在直流电源(VDC)的两端;所述第二桥臂包括第一吸收电容(C1)和第二吸收电 容(C2)，第一吸收电容(C1)和第二吸收电容(C2)串联后并联在直流电源(VDC)的两端;所述 下辅助桥臂包括第三续流二极管(D3)和第一开关管(S1)，第三续流二极管(D3)的阳极与第 一开关管(S1)的发射极串联，第三续流二极管(D3)的阴极与第三开关管(S3)的发射极相连 接，第一开关管(S1)的集电极与第二钳位二极管(D2)阴极连接;所述上辅助桥臂包括第四 续流二极管(D4)和第二开关管(S2)，第四续流二极管(D4)阳极与第二开关管(S2)的发射极 串联，第四续流二极管(D4)的阴极与第一钳位二极管(D1)阳极连接，第二开关管（S2)的集 电极与第四开关管(S4)的集电极相连接； 所述输出滤波模块包括第一电感(L1)，第一电感(L1)的一端与第一桥臂上的第三开关 管(S3)的发射极连接，另一端与交流侧相连接。2. 根据权利要求1所述一种无变压器型光伏并网逆变器，其特征在于:所述第一开关管 (S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)、第四开关(S4)均采用绝缘栅双极晶体管IGBT。3. 根据权利要求1所述一种无变压器型光伏并网逆变器，其特征在于:所述第一开关管 (S1)、第二开关管(S2)、第三开关管（S3)、第四开关(S4)均与续流二极管并联，开关管发射 极与续流二极管的正极连接，开关管集电极与续流二极管的负极连接。
【文档编号】H02M7/537GK205647287SQ201620503906
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】晋贞贞, 司新放, 胡康, 冯晓裕, 叶青峰, 陈小艳
【申请人】三峡大学