專利名稱：用于光伏發(fā)電的逆變器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及太陽能發(fā)電領域，具體涉及一種用于光伏發(fā)電的逆變器。
背景技術：
現(xiàn)有在人們對能源需求急劇增加，而石化能源日益匾乏的現(xiàn)代社會，開發(fā)和利用太陽能等可再生能源越來越受到重視。太陽能光伏發(fā)電是新能源的重要組成部分，被認為是當前世界上最有發(fā)展前景的新能源技術?，F(xiàn)有的光伏逆變器，主要分為兩類，隔離型和非隔離型。由于有變壓器隔離，第一類光伏逆變器允許將光伏板端子接地。但是，如果采用工頻變壓器隔離，會增加系統(tǒng)的整體體積、重量和成本。為了克服這個問題，產(chǎn)生了使用帶高頻變壓器的直流-直流轉換器作為一級中間環(huán)節(jié)，以實現(xiàn)電氣隔離的方案。然而在大多數(shù) 情況中，雖然該替選方案中的高頻變壓器與工頻變壓器相比顯著減小了體積和重量，但是因其拓撲采用的兩級變換，使得主電路更加復雜，增加了成本，降低了效率。由于這些限制，光伏市場已將目光投向不具有任何種類的變壓器的光伏逆變器。在中小功率并網(wǎng)逆變的應用場合，特別是單相逆變器，為了追求最大效率和降低成本，大都采用無變壓器隔離設計，但是這種電路結構有一個缺點，即輸出負載端與光伏陣列之間存在直接的電氣連接。由于太陽能電池和接地外殼之間存在對地的寄生電容，這一寄生電容與逆變器輸出端阻抗形成共模電流流通的回路，當逆變器的功率開關動作時會引起該回路中電位的變化，從而能夠激勵這個共?；芈樊a(chǎn)生共模電流。共模電流的出現(xiàn)會引起太陽能板的老化，增加系統(tǒng)的傳導損耗，降低電磁兼容性并產(chǎn)生安全問題。為了解決非隔離型光伏逆變器的共模電流問題，現(xiàn)有技術中比較普遍的是采用雙極性調制，然而雙極性調制會引起更大的開關損耗和諧波電流?，F(xiàn)有的一些專利提出了很多新的拓撲結構，力爭從電路結構上解決共模電流的問題。但是大多會增加電路結構的復雜性，加大成本，或引起一些其他的問題。

實用新型內容本實用新型目的是提供一種用于光伏發(fā)電的逆變器，此逆變器在不增加電路復雜性的前提下能夠較好的降低共模電流，改善太陽能板的老化，增強了電磁兼容性和安全性；且轉換效率也得到了提高。為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是一種用于光伏發(fā)電的逆變器，此逆變器位于太陽能光伏板與電網(wǎng)/負載之間；所述逆變器包括DC/DC升壓模塊，此DC/DC升壓模塊輸入端連接到所述太陽能光伏板的輸出端；直流平波單元，此直流平波單元位于正母線和負母線之間；逆變電路模塊，用于將直流電轉換成交流電，包括位于正母線和負母線之間的第一橋臂和第二橋臂，第一橋臂為由串聯(lián)的第二、第三、第四和第五功率開關管，第二橋臂為由串聯(lián)的第六、第七功率開關管，第三、第四功率開關管的接點作為第一輸出端口，第六、第七功率開關管的接點作為第二輸出端口，作為箝位的串聯(lián)第二二極管和第三二極管位于第二、第三功率開關管的接點和第四、第五功率開關管的接點之間；控制模塊，用于產(chǎn)生控制第一橋臂中功率開關管通斷的第一脈沖控制信號和用于產(chǎn)生控制第二橋臂中功率開關管通斷的第二脈沖控制信號，所述第一脈沖控制信號為高頻脈沖信號，所述第二脈沖控制信號為低頻脈沖信號；用于對交流電濾波的交流濾波電感，其位于電網(wǎng)/負載和所述逆變電路模塊的第一輸出端口之間。上述技術方案中進一步改進的技術方案如下I、上述方案中，所述DC/DC升壓模塊由第一電感、第一功率開關管和第一二極管組成，此第一電感一端接受來自直流正母線的直流，另一端連接到所述第一功率開關管的 集電極，第一功率開關管的發(fā)射極連接到直流負母線，所述第一二極管一端連接到所述第一電感和第一功率開關管的接點。2、上述方案中，所述直流平波單元由串接第一電容和第二電容組成，第一電容和第二電容的接點與第二二極管和第三二極管的接點連接。由于上述技術方案運用，本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點和效果I、本實用新型因第二橋臂B的中點輸出端電位高低是按照調制波的頻率作低頻切換，當采用單濾波電感，在中點輸出端電位保持穩(wěn)態(tài)的過程中，對地共模電流回路中的各點電位也保持穩(wěn)定，不會引起共模電流，只在橋臂B中點輸出端電位跳變的瞬間產(chǎn)生共模電流，從而整個周期的共模電流有效值非常小，所以本實用新型在不增加電路復雜性的前提下能夠較好的降低共模電流，改善太陽能板的老化，增強了電磁兼容性和安全性。2、相比于有變壓器的逆變器，不僅減小了逆變器的體積，降低了逆變器的成本，而且具有更高的轉換效率。3、相比于雙極性調制模式，所采用的單極性模式可以減小輸出諧波和降低開關損耗；相比于其他電路拓撲結構，本專利在不增加電路結構復雜性的前提下大大降低了共模電流。

附圖I為本實用新型用于光伏發(fā)電的逆變器原理框圖；附圖2為本實用新型用于光伏發(fā)電的逆變器共模電流原理圖；附圖3為本實用新型第一橋臂A輸出端電位波形圖；附圖4為本實用新型第二橋臂B輸出端電位波形圖；附圖5為本實用新型用于光伏發(fā)電的逆變器電路原理圖。以上附圖中1、太陽能光伏板；2、電網(wǎng)/負載；3、DC/DC升壓模塊；4、直流平波單元；5、逆變電路模塊；6、控制模塊；7、交流濾波電感。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述實施例一種用于光伏發(fā)電的逆變器，此逆變器位于太陽能光伏板I與電網(wǎng)/負載2之間；所述逆變器包括DC/DC升壓模塊3，此DC/DC升壓模塊輸入端連接到所述太陽能光伏板的輸出端；[0027]直流平波單元4，此直流平波單元由位于正母線和負母線之間；逆變電路模塊5，用于將直流電轉換成交流電，包括位于正母線和負母線之間的第一橋臂和第二橋臂，第一橋臂為由串聯(lián)的第二、第三、第四和第五功率開關管Q2、Q3、Q4、Q5，第二橋臂為由串聯(lián)的第六、第七功率開關管Q6、Q7，第三、第四功率開關管的接點作為第一輸出端口，第六、第七功率開關管的接點作為第二輸出端口，作為箝位的串聯(lián)第二二極管D2和第三二極管D3位于第二、第三功率開關管的接點和第四、第五功率開關管的接點之間；控制模塊6，用于產(chǎn)生控制第一橋臂中功率開關管通斷的第一脈沖控制信號和用于產(chǎn)生控制第二橋臂中功率開關管通斷的第二脈沖控制信號，所述第一脈沖控制信號為高頻脈沖信號，所述第二脈沖控制信號為低頻脈沖信號；用于對交流電濾波的交流濾波電感7，其位于電網(wǎng)/負載2和所述逆變電路模塊5的第一輸出端口之間。 上述DC/DC升壓模塊由第一電感LI、第一功率開關管Q1、第一二極管Dl組成，此第一電感LI 一端接受來自直流正母線的直流，另一端連接到所述第一功率開關管Ql的集電極，第一功率開關管Ql的發(fā)射極連接到直流負母線，所述第一二極管Dl —端連接到所述第一電感LI和第一功率開關管Ql的接點。上述直流平波單元4由串接第一電容Cl和第二電容C2組成，第一電容Cl和第二電容C2的接點與第二二極管D2和第三二極管D3的接點連接。本實施例上述內容解釋如下。附圖2，是本實用新型關于共模電流分析的原理圖。以負母線電位為參考地，附圖2中各點電位如下直流正母線電位為Up，直流負母線電位為0，第一橋臂A中點輸出端電位為UaO，第二橋臂B中點輸出端電位為UbO。在一個完整的調制波周期內，UaO、UbO的波形如圖3、圖4所示(圖3中所示為第一橋臂A為兩電平橋臂時的電位變化)。UaO與UbO的幅值均在Up和0兩個電位間切換。以Ul表不電感上的壓降，Ug表不負載端電壓，Ucm表不寄生電容上共模電壓，Uz表示負載端對地阻抗Z上的電壓降，icm表示共?；芈分械墓材ｋ娏?。太陽能光伏陣列正端對大地和負端對大地分別存在寄生電容Cml和Cm2，這兩個寄生電容均可構成共模電流回路，且原理相同，下面以Cm2構成的共模電流回路為例進行分析。如圖2中所不,寄生電容Cm2、第一橋臂A、濾波電感L、輸出負載、輸出端對地阻抗Z，可構成第一個共模電流回路，該回路中的共模電流由橋臂A的電位跳變激勵產(chǎn)生。寄生電容Cm2、第二橋臂B、輸出端對地阻抗Z，可構成第二個共模電流回路，該回路中的共模電流由橋臂B的電位跳變激勵產(chǎn)生。根據(jù)基爾霍夫電壓定律，可分別列出兩個共模電流回路的電壓方程-Uao+UL+Ug+Uz+Ucm=0 (I)-Ubo+Uz+Ucm=0 (2 )如圖2中所示，流過地線的共模電流主要由寄生電容和負載端對地阻抗Z上的電壓變化而激勵產(chǎn)生，即由uz+uM激勵產(chǎn)生。由上式(2)得[0045]Uz+Ucm=Ub。 (3)所以此刻的共模電流只由Ubo激勵產(chǎn)生，上述第一個共模電流回路中橋臂A的電位跳變實際上沒有激勵出共模電流，這是與雙濾波電感不同的地方。如圖4中所示，第二橋臂B的中點輸出端電位高低是按照調制波的頻率作低頻切換，在0 T/2周期內，Uz+Ucm=Ub0=Up ;在T/2 T周期內，Uz+Ucm=Ubo=00在對應的每半個調制波周期內，Uz+Uem恒定，不會引起共模電流。只有當Ub。跳變的時候Uz+U 才發(fā)生一次變化，此刻才會引起共模電流。因為這種電壓跳變只發(fā)生在T/2和T時刻，可以通過減緩其狀態(tài)切換的速度來大大降低這一次切換時所帶來的共模電流(基本不會引起效率的降低)，從整個調制波周期來看，其共模電流有效值非常小。而如果采用雙濾波電感，橋臂A的電位高頻跳變會通過濾波電感串入該回路，從而在整個調制波周期內產(chǎn)生高頻變化的共模電流。綜上所述，采用單濾波電感，由于UfUaZS有高頻的變化，其低頻切換時的變化速度又是可控 的，所以可以大大降低其引起的共模電流。參照附圖5，直流輸入正母線經(jīng)過一個電感LI與功率管Ql集電極相連，負母線與功率管Ql的發(fā)射極相連，所述電感LI與二極管Dl串聯(lián)，Dl的另一端與母線電容Cl相連，所述母線電容Cl和C2構成的串聯(lián)電路跨接在母線上；所述功率器件Q2的發(fā)射極Q3的集電極相連，所述Q3的發(fā)射極與Q4的集電極相連，所述Q4的發(fā)射極與Q5的集電極相連，所述功率器件組成的串聯(lián)電路跨接在正負母線之間；所述功率器件Q6的發(fā)射極與Q7的集電極相連組成的串聯(lián)電路跨接在正負母線之間；所述C3、C4串聯(lián)的中點通過串聯(lián)箝位二極管D2與Q2，Q3串聯(lián)的中點相連，同時通過反串聯(lián)箝位二極管D3與Q4、Q5串聯(lián)的中點相連；所述功率管Q3、Q4的中點與所述并網(wǎng)濾波電感L2的一端相連，L2的另一端與電網(wǎng)/負載相連；所述Q6、Q7的中點直接與電網(wǎng)/負載相連。太陽能光伏板產(chǎn)生的直流電經(jīng)過電感LI和功率器件Ql及二極管Dl組成一個DC/DC升壓電路之后，再經(jīng)過直流平波電容Cl，C2平波，然后經(jīng)過由六個功率管Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7和箝位二極管D2、D3組成的逆變電路，將直流電轉換成交流電，最后經(jīng)過并網(wǎng)濾波電感L2對交流電進行濾波后并入電網(wǎng)/負載。電網(wǎng)/負載的一端與大地連接，忽略其接地阻抗。太陽能光伏陣列正負端對地寄生電容等效為負端對地電容Cm。Ua0, Ubo表示全橋逆變器交流輸出a、b點對直流負母線0點的電壓，Ul表示電感上的壓降，Ug表示電網(wǎng)/負載電壓，U 表示寄生電容上共模電壓，1 表示共模諧振回路中的共模電流。根據(jù)基爾霍夫電壓定律，可列出共模電流回路的電壓方程-Uao+UL+Ug+UCffl=0-Ubo+Ucffl=0由上式得共模電壓Ucm為U =UM，而流過寄生電容上的共模電流為icm =，可見，共模電流與共模電壓的
d/
變化率成正比。在電網(wǎng)/負載電流正半周期，Q7 一直導通，Ucm=Ubo=O ；在電網(wǎng)/負載電流負半周期，Q6 一直導通，Ucm=Ubo=Up ；因為Q6和Q7只進行工頻開關，在對應的每半個工頻周期內，Uem恒定，不會引起共模電流，而只有當Q6和Q7的狀態(tài)切換的時候Uem才發(fā)生一次變化，在此刻才會引起共模電流。因為Q6和Q7每半個工頻周期才切換一次，可以通過減緩其切換的速度來大大降低這一次切換時所帶來的共模電流(基本不會引起效率的降低)。綜上所述，Um沒有高頻的變化，其工頻變化時的變化速度又是可控的，所以可以大大降低其引起的共模電流。上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據(jù)以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。 凡根據(jù)本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種用于光伏發(fā)電的逆變器，此逆變器位于太陽能光伏板(I)與電網(wǎng)/負載(2)之間；其特征在于所述逆變器包括 DC/DC升壓模塊(3)，此DC/DC升壓模塊輸入端連接到所述太陽能光伏板的輸出端； 直流平波單元(4)，此直流平波單元位于正母線和負母線之間； 逆變電路模塊(5)，用于將直流電轉換成交流電，包括位于正母線和負母線之間的第一橋臂和第二橋臂，第一橋臂為由串聯(lián)的第二、第三、第四和第五功率開關管(Q2、Q3、Q4、Q5)，第二橋臂為由串聯(lián)的第六、第七功率開關管(Q6、Q7)，第三、第四功率開關管的接點作為第一輸出端口，第六、第七功率開關管的接點作為第二輸出端口，作為箝位的串聯(lián)第二二極管(D2)和第三二極管(D3)位于第二、第三功率開關管的接點和第四、第五功率開關管的接點之間； 控制模塊(6)，用于產(chǎn)生控制第一橋臂中功率開關管通斷的第一脈沖控制信號和用于產(chǎn)生控制第二橋臂中功率開關管通斷的第二脈沖控制信號，所述第一脈沖控制信號為高頻·脈沖信號，所述第二脈沖控制信號為低頻脈沖信號； 用于對交流電濾波的交流濾波電感(7)，其位于電網(wǎng)/負載(2)和所述逆變電路模塊(5)的第一輸出端口之間。
2.根據(jù)權利要求I所述的用于光伏發(fā)電的逆變器，其特征在于所述DC/DC升壓模塊由第一電感(LI)、第一功率開關管(Ql)和第一二極管(Dl)組成,此第一電感(LI)一端接受來自直流正母線的直流，另一端連接到所述第一功率開關管(Ql)的集電極，第一功率開關管(Ql)的發(fā)射極連接到直流負母線，所述第一二極管(Dl)—端連接到所述第一電感(LI)和第一功率開關管(Ql)的接點。
3.根據(jù)權利要求I所述的用于光伏發(fā)電的逆變器，其特征在于所述直流平波單元(4)由串接第一電容(Cl)和第二電容(C2)組成，第一電容(Cl)和第二電容(C2)的接點與第二二極管(D2)和第三二極管(D3)的接點連接。
專利摘要本實用新型公開一種用于光伏發(fā)電的逆變器，包括DC/DC升壓模塊；直流平波單元；逆變電路模塊，包括位于正母線和負母線之間的第一橋臂和第二橋臂，第一橋臂為由串聯(lián)的第二、第三、第四和第五功率開關管，第二橋臂為由串聯(lián)的第六、第七功率開關管，作為箝位的串聯(lián)第二二極管和第三二極管位于第二、第三功率開關管的接點和第四、第五功率開關管的接點之間；控制模塊，用于產(chǎn)生控制橋臂中功率開關管通斷的脈沖控制信號；用于對交流電濾波的交流濾波電感，其位于電網(wǎng)/負載和所述逆變電路模塊的第一輸出端口之間。本實用新型逆變器在不增加電路復雜性的前提下能夠較好的降低共模電流，改善太陽能板的老化，增強了電磁兼容性和安全性；且轉換效率也得到了提高。
文檔編號H02M7/537GK202495887SQ20122004265
公開日2012年10月17日 申請日期2012年2月10日 優(yōu)先權日2012年2月10日
發(fā)明者戴明, 支艷平, 陳鴿, 陶利鋒 申請人:常熟開關制造有限公司(原常熟開關廠)