一种高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路及其调制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力电子技术光伏并网发电技术领域，具体涉及一种高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路及其控制方法。
【背景技术】
[0002]随着传统能源的日益枯竭，新型可再生能源的开发受到广泛关注，其中太阳能光伏发电因其安全无污染和资源丰富等特点，在近些年得到快速发展。然而，光伏电池板的光电转换效率较低且成本很高。因此，如何通过提升电力电子变流装置的效率来降低光伏发电系统的成本，成为研究热点之一。就光伏并网发电系统而言，单相无变压器型并网逆变结构具有变换效率高、结构简单、系统成本低等优势，成为分布式光伏并网发电系统研究和产业化的主流之一。
[0003]然而，在单相无变压器型光伏并网逆变系统中，光伏阵列与大地之间存在较大的对地寄生电容。如果对地寄生电容上存在高频电压脉动，则会产生较大的对地漏电流。对地漏电流一方面增加了并网电流的谐波，恶化了并网电流品质；另一方面造成了潜在的安全隐患，降低了并网系统的安全裕度。
[0004]为了解决该问题，研究者们最常用的方法是改进电路的拓扑。通过增添辅助电路，强制改变续流回路，使得续流阶段太阳能电池板与电网脱离，从而有效抑制了漏电流。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有的光伏并网逆变器存在较大的对地漏电流，一方面增加并网电流谐波，另一方面存在安全隐患等问题，提出了一种高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路及其控制方法。该单相逆变电路保证系统的共模电压保持为Udc/2不变，从而使共模漏电流的大小得到抑制，同时在续流状态下电路的的拓扑结构可以将光伏模块和电网隔离，避免功率交换，从而提高了效率，此外这种新型的拓扑结构采用的开关调制方式还能保证逆变器在单位功率因数运行时不受电流过零点畸变的影响。
[0006]本发明电路采用的技术方案为:一种高效低漏电流的七开关光伏并网逆变器拓扑，包括:一个滤波电容Cdc，第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7和第一滤波电感L1、第二滤波电感L2。
[0007]所述的第五开关管S5的集电极分别与直流源的正极和滤波电容Cdc正极相连，第六开关管S6的发射极分别与直流源的负极和滤波电容Cd。负极相连，第七开关管S7的集电极分别与第五开关管S5的发射极和第一开关管SI的集电极相连，第七开关管S7的发射极分别与第六开关管S6的集电极和第二开关管S2的发射极相连，第一开关管SI的发射极与第二开关管S2的集电极相连，第三开关管S3的发射极与第四开关管S4的集电极相连，第一开关管SI的集电极与第三开关管S3的集电极相连，第二开关管S2的发射极与第四开关管S4的发射极相连，第一滤波电感LI的一端与第一开关管SI的发射极相连，LI的另一端与电网的火线L相连，第二滤波电感L2的一端与第四开关管S4的集电极相连，L2的另一端与电网的中线N相连。
[0008]在上述技术方案的基础上，所述开关管为绝缘栅双极型功率管IGBT，或为金属-氧化层-半导体-场效晶体管MOSFET。
[0009]本发明的调制方法的技术方案为:
[0010]在电网电压的正半周期，第一、四、五、六开关管S1、S4、S5、S6由高频调制信号触发控制，同时导通和关断，第七开关管S7则由与其互补的高频调制信号触发控制;逆变电路处于功率输出阶段时，开关管S1、S4、S5和S6导通，开关管S7关断，此时共模电压Ucm = Udc/2;逆变器处于零电压续流阶段时，开关管S1、S4、S5和S6关断，开关管S7导通，此时共模电压保持为 Ucm = Udc/2;
[0011]在电网电压的负半周期，第二、三、五、六开关管S2、S3、S5、S6由高频调制信号触发控制，同时导通和关断，第七开关管S7则由与其互补的高频调制信号触发控制;逆变电路处于功率输出阶段时，开关管S2、S3、S5和S6导通，开关管S7关断，此时共模电压Ucm = Udc/2，逆变电路处于零电压续流阶段时，开关管S2、S3、S5和S6关断，开关管S7导通，此时共模电压保持为Ucm = Udc/2 ο
[0012]本发明的有益效果为:一种高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路，逆变电路的共模电压始终保持为Udc/2不变，能够有效抑制逆变器的对地漏电流，电路拓扑结构简单，运行效率高、可靠性好;采用的调制方法简单，能够保证逆变器在单位功率因数运行时不受电流过零点畸变的影响，能够避免因电网功率波动影响或工作于非单位功率因数而导致的电流波形畸变。提高逆变器安全系数，实现对输出电能质量的改善。
【附图说明】
[0013]图1高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路拓扑结构示意图；
[0014]图2逆变电路开关调制方法示意图；
[0015]图3逆变电路处于电网电压正半周时功率传输阶段的模态示意图；
[0016]图4逆变电路处于电网电压正半周时续流阶段的模态示意图；
[0017]图5逆变电路处于电网电压负半周时功率传输阶段的模态示意图；
[0018]图6逆变电路处于电网电压负半周时续流阶段的模态示意图；
[0019]图7逆变电路流入电网电流和光伏并网发电系统漏电流的仿真波形图。
【具体实施方式】
[0020]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。
[0021]如图1所示，本发明提供的高效低漏电流的七开关光伏并网逆变电路拓扑结构示意图，包括:一个滤波电容Cdc，第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7和第一滤波电感L1、第二滤波电感L2。
[0022]所述的第五开关管S5的集电极分别与直流源的正极和滤波电容Cd。正极相连，第六开关管S6的发射极分别与直流源的负极和滤波电容Cd。负极相连，第七开关管S7的集电极分别与第五开关管S5的发射极和第一开关管SI的集电极相连，第七开关管S7的发射极分别与第六开关管S6的集电极和第二开关管S2的发射极相连，第一开关管SI的发射极与第二开关管S2的集电极相连，第三开关管S3的发射极与第四开关管S4的集电极相连，第一开关管SI的集电极与第三开关管S3的集电极相连，第二开关管S2的发射极与第四开关管S4的发射极相连，第一滤波电感LI的一端与第一开关管SI的发射极相连，LI的另一端与电网的火线L相连，第二滤波电感L2的一端与第四开关管S4的集电极相连，L2的另一端与电网的中线N相连。
[0023]本发明逆变电路的高频开关频率可综合考虑系统容量、开关管参数和散热等因素合