CN204928610U - 一种单相非隔离型光伏并网逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种单相非隔离型光伏并网逆变器，包括H桥电路和两个续流二极管，H桥电路的直流端用于连接直流母线，交流端用于连接电网，直流母线之间连接有一个电容支路；该H桥电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管，电容支路由两个相同的电容串接构成，第一开关管和第二开关管之间的连接点与两个电容的连接点之间的连接线路上反向串接有第一箝位二极管，第三开关管和第四开关管之间的连接点与两个电容的连接点之间的连接线路上串接有第二箝位二极管。通过引入钳位二极管和分压电容，将电流续流期间桥口电压钳位至二分之一电池电压，从而从理论上可以完全消除共模电压，具有更小的漏电流。

Description

一种单相非隔离型光伏并网逆变器

技术领域

本实用新型涉及一种单相非隔离型光伏并网逆变器，属于并网逆变拓扑技术领域。

背景技术

光伏并网***是指将太阳能光伏阵列产生的直流电经过并网逆变器转换为与电网电压同幅值、同频、同相的交流电，并实现与电网连接的***。光伏并网***中常采用带工频或者高频变压器的隔离性光伏并网逆变器，这样确保了电网和光伏***之间的电气合理，从而提供人身保护并避免了光伏***和地之间的共模电流。然而，若采用工频变压器，其体积大、重量重且价格昂贵；若采用高频变压器，功率变换电路将被分为数级，使得控制复杂化，同时还降低了***的效率。

为了克服上述有变压器的隔离型并网***的不足，对无变压器的非隔离型逆变器进行了研究。非隔离型光伏并网逆变器要求效率高、成本低，能够承受光伏电池输出的大波动电压和交流输出满足国标要求的电能质量。但由于逆变器没有变压器隔离，使得逆变器的开关器件高频动作通过***寄生电容产生漏电流，这个会造成EMC干扰加重，漏电流超标甚至会对设备和人身造成伤害。

单极性调制方法是目前单相光伏逆变器中使用较多的调制方法，它具有直流电压利用率高、滤波电感电流脉动小等优点。但在开关动作时会产生较大的共模电压，为了有效抑制共模电压，中国专利CN102157955A公开了一种光伏并网逆变器，该逆变器电路中，H桥中总共串接六个开关管，通过其中的开关管和续流二极管为电流的续流提供一个通路，使得太阳能电池端与电网脱离，从而有效的抑制了共模电压，但是该申请中公开的并网逆变器并不能完全消除共模电压。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种单相非隔离型光伏并网逆变器，用以解决现有的光伏并网逆变器不能完全消除共模电压的问题。

为实现上述目的，本实用新型的方案包括一种单相非隔离型光伏并网逆变器，包括H桥电路和两个续流二极管，H桥电路的直流端用于连接直流母线，交流端用于连接电网，所述直流母线之间连接有一个电容支路；该H桥电路包括四个桥臂，第一桥臂和第二桥臂构成上下桥臂，第三桥臂和第四桥臂构成上下桥臂，第一桥臂上串接有第一开关管和第二开关管，第二桥臂上串接有第三开关管和第四开关管，第三桥臂上串接有第五开关管，第四桥臂上串接有第六开关管；所述第一开关管和第二开关管之间的连接点与第五开关管和第六开关管的连接点之间的连接线路上反向串接第一续流二极管，所述第三开关管和第四开关管之间的连接点与第五开关管和第六开关管的连接点之间的连接线路上串接第二续流二极管，所述电容支路由两个相同的电容串接构成，所述第一开关管和第二开关管之间的连接点与所述两个电容的连接点之间的连接线路上反向串接有第一箝位二极管，所述第三开关管和第四开关管之间的连接点与所述两个电容的连接点之间的连接线路上串接有第二箝位二极管。

所述开关管为IGBT和/或MOSFET，当开关管为IGBT时，开关管的阳极为IGBT的集电极，开关管的阴极为IGBT的发射极；当开关管为MOSFET时，开关管的阳极为MOSFET的漏极，开关管的阴极为MOSFET的源极。

每个所述开关管均反向并联一个二极管。

本实用新型提供的并网逆变器是在背景技术中公开的并网逆变器的基础上，在两个开关管之间的连接点与两个分压电容之间的连接点之间串接有箝位二极管，通过引入钳位二极管和分压电容，将电流续流期间桥口电压钳位至二分之一电池电压，从而从理论上可以完全消除共模电压，具有更小的漏电流。而且，该并网逆变器结构相对于现有技术来说只是引入钳位二极管和分压电容即可实现几乎完全消除共模电压的目的，所以，该并网逆变器结构简单，而且降低共模电压的效果十分显著。

附图说明

图1是背景技术中公开的并网逆变器的结构示意图；

图2是本实用新型提供的并网逆变器的结构示意图；

图3是开关管驱动信号示意图；

图4-1是电网电压正半周时，并网逆变器的工作模态图；

图4-2是电网电压负半周时，并网逆变器的工作模态图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

如图2所示的单相非隔离型光伏并网逆变器，包括电容支路和H桥电路，H桥电路的直流端连接直流母线，交流端连接电网。直流母线连接太阳能电池，直流母线之间连接上述电容支路，该电容支路上串接有两个相同的电容，电容Cdc1和电容Cdc2。H桥电路有四个桥臂，第一桥臂和第二桥臂构成上下桥臂，第三桥臂和第四桥臂构成上下桥臂，四个桥臂上总共串接六个开关管，具体地，第一桥臂上串接有两个开关管，分别为：开关管S1、开关管S5；第二桥臂上串接有两个开关管，分别为：开关管S6和开关管S2，第三桥臂上串接有一个开关管，为：开关管S3；第四桥臂上串接有一个开关管，为：开关管S4。开关管S5和开关管S6之间的连接点为该H桥电路的一个交流端，开关管S3和开关管S4之间的连接点为该H桥电路的另一个交流端。

该H桥电路中，开关管S1的阴极连接开关管S5的阳极，开关管S5的阴极连接开关管S6的阳极，开关管S6的阴极连接开关管S2的阳极；开关管S3的阴极连接开关管S4的阳极。开关管S1的阳极连接开关管S3的阳极，开关管S2的阴极连接开关管S4的阴极，开关管S1的阳极和开关管S2的阴极分别连接正负直流母线。

开关管S1和开关管S5之间的连接点与开关管S3和开关管S4之间的连接点之间的连接线路上反向串接有续流二极管D3，开关管S6和开关管S2之间的连接点与开关管S3和开关管S4之间的连接点之间的连接线路上串接有续流二极管D4。开关管S1和开关管S5之间的连接点与电容Cdc1和电容Cdc2的中点(连接点)之间的连接线路上反向串接有箝位二极管D1，开关管S6和开关管S2之间的连接点与电容Cdc1和电容Cdc2的中点(连接点)之间的连接线路上串接有箝位二极管D2。

本实用新型中，A与B之间的连接线路的方向为：A到B；B与A之间的连接线路的方向为：B到A。

H桥电路的一个交流端连接进网滤波器L1的一端，进网滤波器L1的另一端连接电网；H桥电路的一个交流端连接进网滤波器L2的一端，进网滤波器L2的另一端连接电网。

该H桥电路中，开关管S5、开关管S6和续流二极管D3、D4组成续流回路，箝位二极管D1、D2和电容Cdc1、Cdc2组成钳位回路。

假设并网电压和电流相位相同，如图3所示，电网电压正半工频周期时，开关管S1和开关管S4以开关频率同时导通，开关管S5常开，开关管S6与开关管S1、开关管S4互补工作，开关管S2、S3处于关断状态。电压负半工频周期时，开关管S2和开关管S3以开关频率同时导通，开关管S6常开，开关管S5与开关管S2、S3互补工作，开关管S1、S4处于关断状态。

电网电压正半周：

开关管S1、S4、S5导通时，开关管S6、S2、S3关断，电流从正母线依次经过开关管S1、开关管S5、滤波电感L1、电网和滤波电容C、滤波电感L2、开关管S4回到负母线，如图4-1所示。

开关管S1、S4关断时，开关管S5、S6导通，电感电流由滤波电感L1、电网和滤波电容C、滤波电感L2、二极管D3、开关管S5续流。A点和B点电压相等，并且，当A点电压高于O点时，经过开关管S6和二极管D2将A点电压钳位至O点，当A点电压低于O点时，经二极管D1和开关管S5将A点电压钳位于O点。通过上述控制，在电流续流期间A点、B点、O点三点电压始终相等，均为电池电压的二分之一，如图4-1所示。

电网电压负半周：

开关管S2、S3、S6导通时，开关管S1、S4、S5关断，电流从正母线依次经过开关管S3、滤波电感L2、电网和滤波电容C、滤波电感L1、开关管S6、开关管S2回到负母线，如图4-2所示。

开关管S2、S3关断时，开关管S5、S6导通，电感电流由滤波电感L2、电网和滤波电容C、滤波电感L1、开关管S6、二极管D4续流。A点和B点电压相等，并且，当A点电压高于O点时，经过开关管S6和二极管D2将A点电压钳位至O点，当A点电压低于O点时，经二极管D1和开关管S5将A点电压钳位于O点。通过上述控制，在电流续流期间A点、B点、O点三点电压始终相等，均为电池电压的二分之一，如图4-2所示。

上述实施例中，第一桥臂上串接有四个开关管，第二桥臂上串接有两个开关管，作为其他的实施例，第一桥臂串接有两个开关管，第二桥臂串接有四个开关管，其具体的连接方式与上述实施例中的连接方式的原理相同，这里不做赘述。

该实施例中，开关管可以是IGBT、MOSFET，还可以是其他类型的半控型器件或者全控型器件。当开关管为IGBT时，开关管的阳极为IGBT的集电极，开关管的阴极为IGBT的发射极；当开关管为MOSFET时，开关管的阳极为MOSFET的漏极，开关管的阴极为MOSFET的源极。

另外，该实施例中，开关管可以全部是一种类型的开关管，比如说，开关管全部是IGBT和MOSFET；当然，逆变器中的开关管还可以混合使用，比如说，逆变器中的开关管有IGBT，还有MOSFET。

另外，说明书中未作详细描述的内容属于背景技术中已经公开的专利CN102157955A中的技术方案和本领域技术人员公知的现有技术。

以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用新型的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种单相非隔离型光伏并网逆变器，包括H桥电路和两个续流二极管，H桥电路的直流端用于连接直流母线，交流端用于连接电网，所述直流母线之间连接有一个电容支路；该H桥电路包括四个桥臂，第一桥臂和第二桥臂构成上下桥臂，第三桥臂和第四桥臂构成上下桥臂，第一桥臂上串接有第一开关管和第二开关管，第二桥臂上串接有第三开关管和第四开关管，第三桥臂上串接有第五开关管，第四桥臂上串接有第六开关管；所述第一开关管和第二开关管之间的连接点与第五开关管和第六开关管的连接点之间的连接线路上反向串接第一续流二极管，所述第三开关管和第四开关管之间的连接点与第五开关管和第六开关管的连接点之间的连接线路上串接第二续流二极管，其特征在于，所述电容支路由两个相同的电容串接构成，所述第一开关管和第二开关管之间的连接点与所述两个电容的连接点之间的连接线路上反向串接有第一箝位二极管，所述第三开关管和第四开关管之间的连接点与所述两个电容的连接点之间的连接线路上串接有第二箝位二极管。

2.根据权利要求1所述的单相非隔离型光伏并网逆变器，其特征在于，所述开关管为IGBT和/或MOSFET，当开关管为IGBT时，开关管的阳极为IGBT的集电极，开关管的阴极为IGBT的发射极；当开关管为MOSFET时，开关管的阳极为MOSFET的漏极，开关管的阴极为MOSFET的源极。

3.根据权利要求1或2所述的单相非隔离型光伏并网逆变器，其特征在于，每个所述开关管均反向并联一个二极管。