专利名称：一种光伏并网逆变器及其控制方法
技术领域：
本发明属于一种光伏并网逆变器及其控制方法。
背景技术：
太阳能作为一种资源丰富、分布广泛的可再生能源，具有极大的开发利用潜力。光伏发电技术是实现太阳能有效利用的重要途径之一。非隔离型光伏发电系统去掉了工频隔离变压器，具有体积小，成本低和效率高的特点，具有很大市场潜力和竞争力。但是，由于非隔离型光伏发电系统和大地间存在寄生电容，光伏并网逆变器高频开关动作可能导致较大的漏电流，从而引发并网电流畸变、电磁干扰，甚至还可能对人身安全构成威胁。因此，研发具有漏电流抑制能力的光伏并网逆变器具有重要意义。采用单极性调制的单相全桥光伏并网逆变器具有输出电压纹波小、效率高等特点，但该方案存在较大漏电流。目前的解决漏电流的方案主要有直流侧接地法、直流旁路法和交流旁路法等。直流侧接地法该方法一般采用半桥电路，将直流侧两个电容中点接地，使得光伏系统对地寄生电容两端电压维持在直流侧电压的1/2，从而达到抑制漏电流的目的。但该方案要求直流侧电压较高，一般是全桥电路的2倍，需要较高耐压的开关器件，增加了系统成本。直流旁路法和交流旁路法此类方法的核心思想是在单相全桥电路的基础上进行改进，通过加入辅助开关实现单极性调制的同时，保持系统共模电压恒定，从而达到抑制漏电流的目的。美国专利7046534提出在单相全桥电路交流侧加入辅助开关构成续流回路， 在实现单极性调制的同时保证共模电压恒定。美国专利2005/(^86281提出在直流侧引入辅助开关，在实现单极性调制的同时保证共模电压恒定。然而此类基于全桥电路改进的拓扑存在两个主要问题第一，上述电路工作时，至少有2个或2个以上开关工作于高频模式， 使得开关损耗较大。第二，由于上述电路结构源于全桥电路，因此同一桥臂不能直通，否则会出现过电流。而实际应用中由于电路外部或内部干扰，有可能导致同一桥臂开关驱动误动作引起桥臂直通产生过电流，影响系统可靠性。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种能够有效抑制漏电流的光伏并网逆变器及其控制方法。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案一种光伏并网逆变器，由直流母线、六个开关管、两个二极管和两个电感组成，直流母线的“ + ”端分别与开关巧的集电极
和开关，的集电极连接，开关^的发射极与开关高的集电极连接，开关禺的发射极与开
关孓的集电极连接，直流母线的”端分别与开关瑪的发射极和开关在的发射极连接，
开关S2的集电极与开关4的发射极连接，开关的集电极与二极管兑的阴极连接，二极管旮的阳极和电网的“+ ”端连接，电感4并联在S5的发射极和二极管A的阳极之间，开关而的集电极与开关冬的发射极连接，开关S6的集电极与二极管^的阴极连接，二极管
A的阳极与电网的—端连接，电感4并联在的发射极和二极管马的阳极之间。本发明的另一方案是提供一种光伏并网逆变器的控制方法，它包括下列步骤 在并网电流正半周期内，开关S6和开关，一直导通，开关S、开关禺和开关？、一直
关断，开关^采用SPWM调制控制其导通或关断；当开关S1导通时，并网电流的路径为直
流母线“+ ”端一开关A —电感4 —电网一二极管马一开关开关4—直流母线“―”
端一直流母线“ +，，端；当开关劣关断时，并网电流的路径为节点“b” 一开关S2反并联二
极管一电感4 —电网一二极管A —开关^—开关A—节点“b”；
并网电流负半周期内，开关禺和开关^ 一直导通，开关场、开关，和开关一直关
断，开关禺采用SPWM调制控制其导通或关断；当开关禺导通时，并网电流的路径为直流
母线“+”端一开关禺一电感4 —电网一二极管A —开关^ —开关^—直流母线“-
”端一直流母线“+，端；当开关^关断时，并网电流的路径为节点“b”一开关S4反并联
二极管一电感4 —电网一二极管A —开关、一开关一节点“b”。由于采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果是①6个开关中， 4个开关处于工频模式，2个开关处于高频模式，且任意时刻只有1个开关处于高频模式，大大降低了开关损耗，系统效率高; 该并网逆变器输出电压三电平(类似单相全桥单极性
调制)，可有效减小电感体积和尺寸，减小电感电流纹波。③克服了传统单相全桥电路中
桥臂直通时存在过电流的问题，该电路允许桥臂直通而不会出现过电流，可靠性高。④该拓扑及其控制方法可有效减小漏电流。
图1为本发明的光伏并网逆变器的电路原理图； 图2为本发明的光伏并网逆变器开关控制逻辑；
图3为本发明工作模式1; 图4为本发明工作模式2; 图5为本发明工作模式3; 图6为本发明工作模式4。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细具体的说明。在图1中为本发明的光伏并网逆变器主要由6个开关、2个二极管和2个电感组
成，直流母线的“+，端分别与开关^的集电极和开关马的集电极连接，开关^的发射极
与开关^的集电极连接，开关禺的发射极与开关4的集电极连接，直流母线的“_ ”端分
别与开关冯的发射极和开关A的发射极连接，开关冬的集电极与开关馬的发射极连接，
开关馬的集电极与二极管A的阴极连接，二极管A的阳极和电网的“ + ”端连接，电感4
并联在冬的发射极和二极管A的阳极之间，开关S4的集电极与开关冬的发射极连接，开
关^的集电极与二极管^的阴极连接，二极管^的阳极与电网的“-”端连接，电感4并
联在^的发射极和二极管A的阳极之间。通过适当控制，保证并网电流和电网电压同频
同相，实现单位功率因数并网运行。CW为光伏和地之间的寄生电容，其容值与外部环境条件、光伏电池板尺寸结构等因素有关，一般在5(Tl50nF/kW左右。在图2中，当本发明的光伏并网逆变器工作在并网电流正半周期内，开关在和开关S, 一直导通，开关^、开关^和开关^ 一直关断。开关瑪采用SPWM调制控制其导通或关断。在图3中，当开关^导通时，光伏系统寄生电容CW两端电压为0 ；在图4中，当开关勾关断时，光伏系统寄生电容CW两端电压仍保持为0;并网电流负半周期内，开关A和开关4 一直导通，开关高、开关S4和开关S6 —直关断。开关^采用SPWM调制控制其导通或关断。在图5中，当开关S导通时，光伏系统寄生电容两端电压为电网电压，其瞬时值随时间按正弦规律缓慢变化(50Hz)；在图6中，当开关^关断时，光伏系统寄生电容CW两端电压仍保持为电网电压，下表中列出了 4个工作模式的开关状态和对应的电容CW两端电压。其中，EJm、φ和ω分别为电网电压的幅值，相位和频率，ON代表开关导通，OFF代表开关关断。
权利要求
1.一种光伏并网逆变器，由直流母线、六个开关管、两个二极管和两个电感组成，其特征在于直流母线的“+ ”端分别与开关^的集电极和开关禺的集电极连接，开关劣的发射极与开关爲的集电极连接，开关禺的发射极与开关&的集电极连接，直流母线的“―”端分别与开关爲的发射极和开关4的发射极连接，开关A的集电极与开关高的发射极连接，开关^的集电极与二极管A的阴极连接，二极管A的阳极和电网的“ + ”端连接，电感4并联在S5的发射极和二极管A的阳极之间，开关4的集电极与开关^的发射极连接，开关冬的集电极与二极管A的阴极连接，二极管^的阳极与电网的“―”端连接，电感4并联在各的发射极和二极管^ 的阳极之间。
2.一种基于权利要求ι所述光伏并网逆变器的控制方法，其特征在于它包括下列步骤在并网电流正半周期内，开关和开关，一直导通，开关^、开关二和开关巧一直关断，开关场采用SPWM调制控制其导通或关断；当开关S1导通时，并网电流的路径为直流母线“+ ”端一开关—电感4 —电网一二极管D2 —开关^—开关&—直流母线 “-，端一直流母线“+，，端；当开关场关断时，并网电流的路径为节点“b” 一开关^反并联二极管一电感4 —电网一二极管A —开关冬一开关4—节点“b”；并网电流负半周期内，开关^和开关S5—直导通，开关战、开关S4和开关t 一直关断，开关S采用SPWM调制控制其导通或关断；当开关禺导通时，并网电流的路径为直流母线“+”端一开关禺一电感4 —电网一二极管A —开关^ —开关&—直流母线“― ”端一直流母线“+ ”端；当开关易关断时，并网电流的路径为节点“b”一开关A反并联二极管一电感^ —电网一二极管兑一开关瑪一开关爲一节点“b”；并网电流正半周期内，开关^和开关S6—直导通，开关禺、开关^和开关冬一直关断；开关芬导通时，并网电流的路径为直流母线“+ ”端一开关勾一电感4 —电网一二极管^ —开关S6 —开关S4 —直流母线“-，，端一直流母线“ + ”端；开关禺关断时，并网电流的路径为节点“b”一开关^反并联二极管一电感4 —电网一二极管A —开关— 开关4—节点“b”；并网电流负半周期内，开关禺和开关，一直导通，开关S1、开关S4和开关芩一直关断；开关瑪导通时，并网电流的路径为直流母线“+ ”端一开关禺一电感厶一电网一二极管兑一开关冬一开关^—直流母线“-”端一直流母线“+ ”端；开关^关断时，并网电流的路径为节点“b”一开关4反并联二极管一电感I2 —电网一二极管A —开关^ —开关一节点“b”。
全文摘要
本发明公开了一种光伏并网逆变器及其控制方法，其技术方案的要点是，本发明的一种光伏并网逆变器是由六个开关管、两个二极管和两个电感组成，六个开关中，四个开关处于工频模式，两个开关处于高频模式，且任意时刻只有一个开关处于高频模式，有效地降低了开关损耗。该电路允许桥臂直通而不会出现过电流，可靠性高。在整个工作周期内，光伏系统对地寄生电容两端电压中不含高频分量，从而保证有效抑制漏电流。
文档编号H02M7/483GK102412748SQ20111036335
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者杨秋霞, 赵清林, 邬伟扬, 郭小强 申请人:燕山大学