*CN102684522A*
(10)申请公布号 CN 102684522 A(43)申请公布日 2012.09.19
(12)发明专利申请
(21)申请号 201110056523.4(22)申请日 2011.03.09
(71)申请人上海康威特吉能源技术有限公司
地址200090 上海市杨浦区杨树浦路2300
号5楼A区5012室(72)发明人高峰
(74)专利代理机构上海天翔知识产权代理有限
公司 31224
代理人刘粉宝(51)Int.Cl.
H02M 7/48(2007.01)H02M 3/155(2006.01)H02M 7/5387(2007.01)
权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页权利要求书1页 说明书4页 附图2页
(54)发明名称
一种非隔离光伏并网逆变器及其控制方法(57)摘要
本发明公开了一种非隔离光伏并网逆变器及其控制方法，属电力电子变换器技术领域。该逆变器包括电源电路(10)、高频斩波电路(20)和低频逆变电路(30)，其中：电源电路(10)由光伏阵列和输入滤波电容构成，高频斩波电路(20)由第一、第二功率开关管、第一二极管及第一、第二滤波电感构成，低频逆变电路由第三、第四、第五和第六功率开关管构成；第一、第二功率开关管高频开关，第三至第六功率开关管低频开关。本发明光伏并网逆变器能够消除并网逆变器漏电流，提高并网电流波形质量，同时具有效率高、控制简单、可靠性高等优点。CN 102684522 ACN 102684522 A
权 利 要 求 书
1/1页
1.一种非隔离光伏并网逆变器，包括电源电路(10)、高频斩波电路(20)和低频逆变电路(30)，其特征在于，电源电路(10)由光伏阵列(PV)和输入滤波电容(Cin)构成，高频斩波电路(20)由第一功率开关管(S1)、第二功率开关管(S2)、第一二极管(D1)、第一滤波电感(L1)和第二滤波电感(L2)构成，低频逆变电路(30)由第三、第四、第五和第六功率开关管(S3、S4、S5、S6)构成；
光伏阵列(PV)的正极性输入端分别连于输入滤波电容(Cin)的正极性端和第一功率开关管(S1)的漏极，第一功率开关管(S1)的源极分别连于第一二极管(D1)的阴极和第一滤波电感(L1)的一端，第一二极管(D1)的阳极分别连于第二功率开关管(S2)的漏极和第二滤波电感(L2)的一端，第二功率开关管(S2)的源极分别连于输入滤波电容(Cin)的负极性端和光伏阵列(PV)的负极性输出端，第一滤波电感(L1)的另一端分别连于第三功率开关管(S3)的漏极和第五功率开关管(S5)的漏极，第三功率开关管(S3)的源极分别连于第四功率开关管(S4)的漏极和电网(uG)的一端，第四功率开关管(S4)的源极分别连于第二滤波电感(L2)的另一端和第六功率开关管(S6)的源极，第六功率开关管(S6)的漏极分别连于第五功率开关管(S5)的源极和电网(uG)的另一端。
2.一种非隔离光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，所述控制方法具体过程如下：第一功率开关管(S1)和第二功率开关管(S2)按单极性SPWM方式高频开关，第三至第六功率开关管(S3、S4、S5、S6)低频开关且开关频率与电网电压(uG)的频率相同；
第一功率开关管(S1)和第二功率开关管(S2)同时开通与关断；
第四功率开关管(S4)和第五功率开关管(S5)在电网电压(uG)正半周导通，在电网电压(uG)负半周关断；
第三功率开关管(S3)和第六功率开关管(S6)在电网电压(uG)负半周导通，在电网电压(uG)正半周关断。
2
CN 102684522 A
说 明 书
一种非隔离光伏并网逆变器及其控制方法
1/4页
技术领域
[0001]
本发明涉及新能源发电技术领域，具体涉及功率变换器以及相应的控制方法。
背景技术
光伏并网发电是太阳能发电应用最主要的方式，据统计，全世界超过90％的光伏
发电设备安装容量为并网应用。
[0003] 光伏并网逆变器是太阳能光伏发电设备与电网连接的桥梁，是光伏并网发电系统中最关键的设备之一。按照隔离方式进行分类，光伏并网逆变器可以分为工频变压器隔离型、高频变压器隔离型和非隔离型。相对于其它两种光伏并网逆变器，非隔离光伏并网逆变器具有效率高、体积小、重量轻和成本低等优势，因此近年来获得了较多的关注与应用。由于电池板对地寄生电容的存在，光伏并网逆变器功率开关管的高频开关动作产生的高频时变电压通过寄生电容，有可能产生严重的漏电流。高频漏电流一方面会产生传导和辐射干扰，导致并网电流谐波和损耗的增加，另一方面还会危及设备和人身安全，因此，各个国家和组织都制定了相应的标准，对并网逆变器的漏电流进行严格限制。[0004] 分析表明，若在并网逆变器的续流阶段能够使电网与光伏电池脱离，则可以有效消除并网逆变器的漏电流，专利EP1369985A2提出在全桥电路的桥臂中点间引入双向可控开关组构造新的续流回路，实现了并网逆变器续流阶段电网和光伏电池的分离，专利US7411802B2在电池侧正端引入一只高频开关，同样实现了续流阶段太阳能电池端与电网脱离。另一方面，从漏电流传输的角度来看，不对称的电路结构及电路工作方式是共模电流产生的主要原因，因此，若并网逆变器的电路结构及工作方式能够做到完全对称，也可以有效消除漏电流。
[0005] 传统的光伏并网逆变器通常采用全桥或半桥电路，两种电路都拥有对称的电路结构。全桥并网逆变器采用双极型调制时的工作方式属于完全对称的工作方式，因此能够有效消除并网逆变器的漏电流，但导致并网逆变器损耗增加、效率降低，且并网电流谐波较大，导致并网逆变器滤波电感的体积、重量、成本增加。半桥并网逆变器也能够消除并网逆变器的漏电流，但并网逆变器直流输入侧的电压为两倍以上的电网电压峰值，导致功率开关管电压应力增加，从而增加了系统成本、降低了系统效率和可靠性。
[0002]
发明内容
[0006] 本发明针对现有光伏并网逆变器在消除漏电流技术方面的不足，提供一种非隔离光伏并网逆变器。
[0007] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：[0008] 一种非隔离光伏并网逆变器，包括电源电路(10)、高频斩波电路(20)和低频逆变电路(30)，其中电源电路(10)由光伏阵列(PV)和输入滤波电容(Cin)构成，高频斩波电路(20)由第一功率开关管(S1)、第二功率开关管(S2)、第一二极管(D1)、第一滤波电感(L1)和第二滤波电感(L2)构成，低频逆变电路(30)由第三、第四、第五和第六功率开关管(S3、S4、
3
CN 102684522 A
说 明 书
2/4页
S5、S6)构成；
[0009] 光伏阵列(PV)的正极性输入端分别连于输入滤波电容(Cin)的正极性端和第一功率开关管(S1)的漏极，第一功率开关管(S1)的源极分别连于第一二极管(D1)的阴极和第一滤波电感(L1)的一端，第一二极管(D1)的阳极分别连于第二功率开关管(S2)的漏极和第二滤波电感(L2)的一端，第二功率开关管(S2)的源极分别连于输入滤波电容(Cin)的负极性端和光伏阵列(PV)的负极性输出端，第一滤波电感(L1)的另一端分别连于第三功率开关管(S3)的漏极和第五功率开关管(S5)的漏极，第三功率开关管(S3)的源极分别连于第四功率开关管(S4)的漏极和电网(uG)的一端，第四功率开关管(S4)的源极分别连于第二滤波电感(L2)的另一端和第六功率开关管(S6)的源极，第六功率开关管(S6)的漏极分别连于第五功率开关管(S5)的源极和电网(uG)的另一端。[0010] 一种非隔离光伏并网逆变器控制方法，具体过程如下：
[0011] 第一功率开关管(S1)和第二功率开关管(S2)按单极性SPWM方式高频开关，第三至第六功率开关管(S3、S4、S5、S6)低频开关且开关频率与电网电压(uG)的频率相同；[0012] 第一功率开关管(S1)和第二功率开关管(S2)同时开通与关断；
[0013] 第四功率开关管(S4)和第五功率开关管(S5)在电网电压(uG)正半周导通，在电网电压(uG)负半周关断；
[0014] 第三功率开关管(S3)和第六功率开关管(S6)在电网电压(uG)负半周导通，在电网电压(uG)正半周关断。
[0015] 本发明非隔离光伏并网逆变器能够有效消除光伏并网逆变器的漏电流，减小并网电流谐波，改善并网波形质量；本发明非隔离光伏并网逆变器仅需要使用两个高频功率开关管，且采用二极管完成并网电流的续流，反向恢复损耗小，变换效率高。附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。[0017] 图1为本发明非隔离光伏并网逆变器电路图；
[0018] 图2为本发明非隔离光伏并网逆变器工作原理波形图；
[0019] 图3a为本发明非隔离光伏并网逆变器处于电网电压正半周，滤波电感储能模态的等效电路图；
[0020] 图3b为本发明非隔离光伏并网逆变器处于电网电压正半周，滤波电感续流模态的等效电路图；
[0021] 图3c为本发明非隔离光伏并网逆变器处于电网电压负半周，滤波电感储能模态的等效电路图；
[0022] 图3d为本发明非隔离光伏并网逆变器处于电网电压负半周，滤波电感续流模态的等效电路图。
[0023] 图中符号说明：10-电源电路；20-高频斩波电路；30-低频逆变电路；PV-光伏阵列，UPV-光伏组件输出电压；Cin-输入滤波电容；S1、S2、S3、S4、S5、S6-第一、第二、第三、第四、第五及第六功率开关管；L1、L2-第一、第二滤波电感；uG-电网电压；iL1、iL2-第一、第二电感电流；uGS1、uGS2、uGS3、uGS4、uGS5、uGS6-第一、第二、第三、第四、第五及第六功率开关管的驱动信号。
[0016]
4
CN 102684522 A
说 明 书
3/4页
具体实施方式
[0024] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0025] 本发明提供的非隔离光伏并网逆变器的主电路如附图1所示，其包括电源电路(10)、高频斩波电路(20)和低频逆变电路(30)。
[0026] 其中电源电路(10)由光伏阵列(PV)和输入滤波电容(Cin)构成，高频斩波电路(20)由第一功率开关管(S1)、第二功率开关管(S2)、第一二极管(D1)、第一滤波电感(L1)和第二滤波电感(L2)构成，低频逆变电路(30)由第三、第四、第五和第六功率开关管(S3、S4、S5、S6)构成。
[0027] 光伏阵列(PV)的正极性输入端分别连于输入滤波电容(Cin)的正极性端和第一功率开关管(S1)的漏极，第一功率开关管(S1)的源极分别连于第一二极管(D1)的阴极和第一滤波电感(L1)的一端，第一二极管(D1)的阳极分别连于第二功率开关管(S2)的漏极和第二滤波电感(L2)的一端，第二功率开关管(S2)的源极分别连于输入滤波电容(Cin)的负极性端和光伏阵列(PV)的负极性输出端，第一滤波电感(L1)的另一端分别连于第三功率开关管(S3)的漏极和第五功率开关管(S5)的漏极，第三功率开关管(S3)的源极分别连于第四功率开关管(S4)的漏极和电网(uG)的一端，第四功率开关管(S4)的源极分别连于第二滤波电感(L2)的另一端和第六功率开关管(S6)的源极，第六功率开关管(S6)的漏极分别连于第五功率开关管(S5)的源极和电网(uG)的另一端。
[0028] 由上述技术方案形成的非隔离光伏并网逆变器在运行时，采用如下的控制过程：[0029] (1)第一功率开关管(S1)和第二功率开关管(S2)按单极性SPWM方式高频开关，第三至第六功率开关管(S3、S4、S5、S6)低频开关且开关频率与电网电压(uG)的频率相同；[0030] (2)第一功率开关管(S1)和第二功率开关管(S2)同时开通与关断；
[0031] (3)第四功率开关管(S4)和第五功率开关管(S5)在电网电压(uG)正半周导通，在电网电压(uG)负半周关断；
[0032] (4)第三功率开关管(S3)和第六功率开关管(S6)在电网电压(uG)负半周导通，在电网电压(uG)正半周关断。
[0033] 与上述控制过程相对应的非隔离光伏并网逆变器工作原理波形如附图2所示。按照上述控制过程，并网逆变器共有四种工作模态，不同工作模态的等效电路如附图3a-3d所示。当第一、第二功率开关管(S1、S2)导通时，第一、第二滤波电感(L1、L2)储能，当第一、第二功率开关管(S1、S2)关断时，第一、第二滤波电感(L1、L2)经过第一二极管(D1)续流。[0034] 根据上述工作过程及附图3所示的各工作模态等效电路可知，并网逆变器在电感续流阶段，由于第一、第二开关管(S1、S2)全部关断，因此，光伏电池与电网处于分离状态，也就是消除了漏电流的传输路径，因此能够有效减小并网逆变器漏电流；另一方面，根据附图3a-3d所示的工作模态等效电路可知，在任意时刻，并网逆变器的工作电路都具有完全对称的电路结构，因此，本发明并网逆变器的电路结构对并网逆变器漏电流也能够起到很好的抑制作用。
[0035] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本
5
CN 102684522 A
说 明 书
4/4页
发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
6
CN 102684522 A
说 明 书 附 图
1/2页
图1
图2
图3a
7
CN 102684522 A
说 明 书 附 图
2/2页
图3b
图3c
图3d
8
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容