一種無變壓器型光伏并網(wǎng)逆變器的制造方法
【專利摘要】一種無變壓器型光伏并網(wǎng)逆變器，包括直流電源VDC、第一鉗位二極管D1、第二鉗位二極管D2、逆變模塊、輸出濾波電感L1。本實用新型所提出的一種無變壓器型光伏并網(wǎng)逆變器，在續(xù)流期間電網(wǎng)與光伏板之間形成了電氣隔離，此時電流只經(jīng)過第一開關(guān)管S1與第三續(xù)流二極管D3或第二開關(guān)管S2與第四續(xù)流二極管D4降低了開關(guān)管的損耗。另外，本實用新型所提出的一種無變壓器型光伏并網(wǎng)逆變器無共模電流產(chǎn)生，提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性和系統(tǒng)效率。
【專利說明】
一種無變壓器型光伏并網(wǎng)逆變器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及光伏并網(wǎng)逆變器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種無變壓器型光伏并網(wǎng)逆變 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)(PV)在世界各地得到了廣泛的發(fā)展，特別是具有效率 高、體積小、重量輕、成本低的逆變器的小功率單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展更為顯著。
[0003] 然而，光伏板和電網(wǎng)之間由于沒有變壓器隔離會存在電氣連接，對人身安全存在 一定的威脅，另外如果逆變器的共模電壓變化時，光伏板和地之間的諧振回路會產(chǎn)生共模 電流。共模電流可能導致嚴重的傳導型或輻射型電磁干擾，致使電網(wǎng)電流產(chǎn)生畸變，并增加 了系統(tǒng)的額外損耗。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種無變壓器型光伏并網(wǎng)逆變器，保證無 共模電流產(chǎn)生。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案是:一種無變壓器型光伏并 網(wǎng)逆變器，包括直流電源VDC、第一鉗位二極管D1、第二鉗位二極管D2、逆變模塊、輸出濾波 第一電感L1，其特征在于:所述第一鉗位二極管D1和第二鉗位二極管D2串聯(lián)后并聯(lián)于在直 流電源VDC的兩端。
[0006] 所述逆變模塊包括第一橋臂、第二橋臂、上輔助橋臂、下輔助橋臂;所述第一橋臂 包括第三開關(guān)管S3和第四開關(guān)管S4,第三開關(guān)管S3的發(fā)射極與第四開關(guān)管S4的集電極串聯(lián) 后并聯(lián)在直流電源VDC的兩端;所述第二橋臂包括第一吸收電容C1和第二吸收電容C2,第二 橋臂包括第一吸收電容C1和第二吸收電容C2串聯(lián)后并聯(lián)在直流電源VDC的兩端;所述下輔 助橋臂包括第三續(xù)流二極D3和第一開關(guān)管S1，第三續(xù)流二極管D3的陽極與第一開關(guān)管S1的 發(fā)射極串聯(lián)，第三續(xù)流二極管D3的陰極與第三開關(guān)管S3的發(fā)射極連接，第一開關(guān)管S1的集 電極與第二鉗位二極管D2陰極連接;所述上輔助橋臂包括第四續(xù)流二極管D4和第二開關(guān)管 S2,第四續(xù)流二極管D4陽極與第二開關(guān)管S2的發(fā)射極串聯(lián)，第四續(xù)流二極管D4的陰極與第 一鉗位二極管D1陽極連接，第二開關(guān)管S2的集電極與第四開關(guān)管S4的集電極相連接。
[0007] 所述輸出濾波模塊包括第一電感L1，第一電感L1的一端與第一橋臂上第三開關(guān)管 S3的發(fā)射極連接，另一端與交流側(cè)相連接。
[0008] 所述第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)S4均采用絕緣柵雙極 晶體管IGBT。
[0009] 本實用新型所提出的一種無變壓器型光伏并網(wǎng)逆變器，在電網(wǎng)電壓的正半周期， 第一開關(guān)管S1始終導通，因此，其開關(guān)損耗為0。因而，這一階段的開關(guān)損耗主要來源于第三 開關(guān)管S3,其開關(guān)電壓為VDC/2。同樣，在電網(wǎng)電壓負半周期，第二開關(guān)管S2始終導通，因此， 其開關(guān)損耗為0。因而，這一階段的開關(guān)損耗主要來源于第四開關(guān)管S4，其開關(guān)電壓為VDC/ 2,降低了開關(guān)管的損耗。另外，本實用新型所提出的一種無變壓器型光伏并網(wǎng)逆變器的共 模電壓基本不變，從而不產(chǎn)生共模電流。
【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明：
[0011]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0012] 圖2為本實用新型的邏輯模塊的示意圖；
[0013] 圖3為本實用新型第一階段電流回路示意圖；
[0014] 圖4為本實用新型第二階段電流回路示意圖；
[0015]圖5為本實用新型第三階段電流回路示意圖；
[0016] 圖6為本實用新型第四階段電流回路示意圖；
[0017] 圖7為本實用新型共模電壓的波形圖；
[0018] 圖8為本實用新型共模電流的波形圖；
【具體實施方式】
[0019] 如圖1所示，一種無變壓器型光伏并網(wǎng)逆變器，包括直流電源VDC、第一鉗位二極管 D1、第二鉗位二極管D2、逆變模塊、輸出濾波第一電感L1，其特征在于:所述第一鉗位二極管 D1和第二鉗位二極管D2串聯(lián)后并聯(lián)在直流電源VDC的兩端。
[0020] 所述逆變模塊包括第一橋臂、第二橋臂、上輔助橋臂、下輔助橋臂;所述第一橋臂 包括第三開關(guān)管S3和第四開關(guān)管S4,第三開關(guān)管S3的發(fā)射極與第四開關(guān)管S4的集電極串聯(lián) 后并聯(lián)在直流電源VDC的兩端;所述第二橋臂包括第一吸收電容C1和第二吸收電容C2,第二 橋臂包括第一吸收電容C1和第二吸收電容C2串聯(lián)后并聯(lián)在直流電源VDC的兩端;所述下輔 助橋臂包括第三續(xù)流二極D3和第一開關(guān)管S1，第三續(xù)流二極管D3的陽極與第一開關(guān)管S1的 發(fā)射極串聯(lián)，第三續(xù)流二極管D3的陰極與第三開關(guān)管S3的發(fā)射極連接，第一開關(guān)管S1的集 電極與第二鉗位二極管D2陰極連接;所述上輔助橋臂包括第四續(xù)流二極管D4和第二開關(guān)管 S2,第四續(xù)流二極管D4陽極與第二開關(guān)管S2的發(fā)射極串聯(lián)，第四續(xù)流二極管D4的陰極與第 一鉗位二極管D1陽極連接，第二開關(guān)管S2的集電極與第四開關(guān)管S4的集電極相連接。
[0021 ]所述輸出濾波模塊包括第一電感L1，第一電感L1的一端與第一橋臂上第三開關(guān)管 S3的發(fā)射極連接，另一端與交流側(cè)相連接。
[0022]所述第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)S4均采用絕緣柵雙極 晶體管IGBT。
[0023]所述第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)S4均與續(xù)流二極管并 聯(lián)，開關(guān)管發(fā)射極與續(xù)流二極管的正極連接，開關(guān)管集電極與續(xù)流二極管的負極連接。
[0024] 如圖2所示，在無變壓器型光伏逆變器拓撲結(jié)構(gòu)中采用單極性SPWM調(diào)制策略，邏輯 電路工作方式是在交流側(cè)電壓正半周時，第一開關(guān)管S1始終導通，第三開關(guān)管S3的柵極輸 入高頻驅(qū)動信號，高頻開通和關(guān)斷，第二開關(guān)管S2和第四開關(guān)管S4始終關(guān)斷;在交流側(cè)電壓 負半周時，第二開關(guān)管S2始終導通，第四開關(guān)管S4的柵極輸入高頻驅(qū)動信號，高頻開通和關(guān) 斷，第一開關(guān)管S1和第三開關(guān)管S3始終關(guān)斷。
[0025] 本實用新型逆變器在工頻周期內(nèi)有四個工作階段：
[0026]在介紹本實用新型逆變器在工頻周期內(nèi)有四個工作階段前，首先介紹一下共模電 壓，共模電壓Vcm是逆變器輸出與直流側(cè)公共參考點N之間電壓的平均值為
[0028] 差模電壓Vdm為逆變器輸出之間的電壓差為
[0029] Vdm = VlN-V2N = Vl2 (2)
[0030] 當差模阻抗不對稱時，如圖1中只有第一電感L1，不存在第二電感L2，即L2 = 0，所 以L1不等于L2。差模電壓會產(chǎn)生一個等效的共模電壓為
[0032]電路中總的共模電壓為
[0033] Vtcm = Vcm+Vecm (4)
[0034] 如圖3所示，第一工作階段:在工頻電壓正半周期，第一開關(guān)管S1始終導通，第三開 關(guān)管S3的柵極輸入高頻驅(qū)動信號，第二開關(guān)管S2和第四開關(guān)管S4始終關(guān)斷。第一開關(guān)管S1 和第三開關(guān)管S3導通時并網(wǎng)電流經(jīng)第三開關(guān)管S3、第一電感L1、第二吸收電容C2向電網(wǎng)供 電。乂謂=￥0(：，￥2~=￥0(：/2，輸出電壓￥12 = ￥0(：/2，有上述公式可得差模電壓￥(1111=￥0(：/2，共 模電壓Vcm = 3 VDC/4，總的共模電壓Vt cm = VDC/2 〇
[0035] 如圖4所示，第二工作階段:第三開關(guān)管S3關(guān)斷，第一開關(guān)管S1導通，第二開關(guān)管S2 和第四開關(guān)管S4始終關(guān)斷，由第一開關(guān)管S1、第三續(xù)流二極管D3、第一電感L1、交流電網(wǎng)、第 二吸收電容C2、第二鉗位二極管D2組成續(xù)流路徑使光伏板與交流電網(wǎng)隔離。V1N = V2N = VDC/2,輸出電壓V12 = 0,有上述公式可得差模電壓Vdm = 0,共模電壓Vcm=VDC/2,總的共模 電壓 Vtcm = VDC/2〇
[0036] 如圖5所示，第三工作階段:在工頻電壓負半周期，第二開關(guān)管S2始終導通，第四開 關(guān)管S4的柵極輸入高頻驅(qū)動信號，第一開關(guān)管S1和第三開關(guān)管S3始終關(guān)斷。第二開關(guān)管S2 和第四開關(guān)管S4導通時并網(wǎng)電流經(jīng)第四開關(guān)管S4、第一電感L1、第一吸收電容C1向電網(wǎng)供 電。乂謂=0￥，￥2~ = ￥0(：/2，輸出電壓￥12 = -￥0(：/2，有上述公式可得差模電壓￥(1111 = -￥0(：/2， 共模電壓Vcm = VDC/4，總的共模電壓Vt cm = VDC/2 〇
[0037] 如圖6所示，第四工作階段:第四開關(guān)管S4關(guān)斷，第二開關(guān)管S2導通，第一開關(guān)管SI 和第三開關(guān)管S3始終關(guān)斷，由第二開關(guān)管S2、第四續(xù)流二極管D4、第一電感L1、交流電網(wǎng)、第 一吸收電容C1、第一鉗位二極管D1構(gòu)成續(xù)流路徑使光伏板與交流電網(wǎng)隔離。V1N = V2N = VDC/2,輸出電壓V12 = 0,有上述公式可得差模電壓Vdm = 0,共模電壓Vcm=VDC/2,總的共模 電壓 Vtcm = VDC/2〇
[0038] 通過上面的分析可知共模電壓恒定，所以有助于消除共模電流。
[0039]在單極性SPWM調(diào)制策略下共模電壓Vcm、共模電流的波形如圖7、8所示。
[0040] 本實用新型一種無變壓器型單向并網(wǎng)逆變器消除了共模電流對人身安全存在的 威脅和電磁干擾的問題，提高了系統(tǒng)的可靠性和提高系統(tǒng)效率。
[0041] 上述的實施例僅為本實用新型的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應視為對于本實用新型的限 制，本實用新型的保護范圍應以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案 中技術(shù)特征的等同替換方案為保護范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進，也在本實用新型 的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種無變壓器型光伏并網(wǎng)逆變器，包括直流電源(VDC)、第一鉗位二極管(D1)、第二 鉗位二極管(D2)、逆變模塊、輸出濾波第一電感(L1)，其特征在于：所述第一鉗位二極管 (D1)和第二鉗位二極管(D2)串聯(lián)后并聯(lián)于在直流電源(VDC)的兩端； 所述逆變模塊包括第一橋臂、第二橋臂、上輔助橋臂、下輔助橋臂;所述第一橋臂包括 第三開關(guān)管(S3)和第四開關(guān)管(S4)，第三開關(guān)管(S3)的發(fā)射極與第四開關(guān)管(S4)的集電極 串聯(lián)后并聯(lián)在直流電源(VDC)的兩端;所述第二橋臂包括第一吸收電容(C1)和第二吸收電 容(C2)，第一吸收電容(C1)和第二吸收電容(C2)串聯(lián)后并聯(lián)在直流電源(VDC)的兩端;所述 下輔助橋臂包括第三續(xù)流二極管(D3)和第一開關(guān)管(S1)，第三續(xù)流二極管(D3)的陽極與第 一開關(guān)管(S1)的發(fā)射極串聯(lián)，第三續(xù)流二極管(D3)的陰極與第三開關(guān)管(S3)的發(fā)射極相連 接，第一開關(guān)管(S1)的集電極與第二鉗位二極管(D2)陰極連接;所述上輔助橋臂包括第四 續(xù)流二極管(D4)和第二開關(guān)管(S2)，第四續(xù)流二極管(D4)陽極與第二開關(guān)管(S2)的發(fā)射極 串聯(lián)，第四續(xù)流二極管(D4)的陰極與第一鉗位二極管(D1)陽極連接，第二開關(guān)管（S2)的集 電極與第四開關(guān)管(S4)的集電極相連接； 所述輸出濾波模塊包括第一電感(L1)，第一電感(L1)的一端與第一橋臂上的第三開關(guān) 管(S3)的發(fā)射極連接，另一端與交流側(cè)相連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無變壓器型光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于:所述第一開關(guān)管 (S1)、第二開關(guān)管(S2)、第三開關(guān)管(S3)、第四開關(guān)(S4)均采用絕緣柵雙極晶體管IGBT。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無變壓器型光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于:所述第一開關(guān)管 (S1)、第二開關(guān)管(S2)、第三開關(guān)管（S3)、第四開關(guān)(S4)均與續(xù)流二極管并聯(lián)，開關(guān)管發(fā)射 極與續(xù)流二極管的正極連接，開關(guān)管集電極與續(xù)流二極管的負極連接。
【文檔編號】H02M7/537GK205647287SQ201620503906
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】晉貞貞, 司新放, 胡康, 馮曉裕, 葉青峰, 陳小艷
【申請人】三峽大學