一種低漏電流的單相無變壓器型光伏并網逆變器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種低漏電流的單相無變壓器型光伏并網逆變器，將單相光伏并網逆變器輸出端的共模電壓為恒定值，在保證對地漏電流很小的同時，使得單相光伏并網逆變器對電網側的諧波污染最小。本實用新型既解決了傳統逆變器的不足，又可以在一定程度上發揮非隔離型光伏并網逆變器損耗低、性能好的優勢。
【專利說明】
一種低漏電流的單相無變壓器型光伏并網逆變器
技術領域
[0001] 本實用新型涉及光伏并網逆變器技術領域，特別是一種低漏電流的單相無變壓器 型光伏并網逆變器。
【背景技術】
[0002] 傳統的逆變器一般包括在逆變器輸出端接入一個工頻變壓器和在逆變器輸入端 接一個高頻變壓器兩種，雖然這兩種結構都能實現電氣隔離，但是工頻變壓器的加入會增 加逆變器的體積、重量、成本，且不便于運輸安裝;而高頻變壓器的加入會引起由多級結構 造成的效率低下問題，還會引發高頻電磁干擾。為了克服這些缺陷，國外一些專家提出了一 些無變壓器光伏并網逆變器的系統。由于沒有變壓器的存在，大大提高了系統效率、降低了 體積，但同時也帶來了其他安全問題。所以，一種低漏電流的單相無變壓器型光伏并網逆變 器，既解決了傳統逆變器的不足，又可以在一定程度上發揮非隔離型光伏并網逆變器的優 勢。
[0003] 光伏陣列與電網之間缺少電氣隔離，而光伏陣列和地之間存在寄生電容，因此在 寄生電容上會產生很大的工頻與高頻電壓波動，這種電壓波動會在由寄生電容、光伏陣列、 逆變器、濾波元件和電網組成的共模諧振回路中產生漏電流，接地漏電流增大了電網電流 諧波和系統損耗，并產生了較強的輻射電磁干擾，更嚴重的是會對人身安全構成重大威脅。
[0004] 傳統的非隔離型光伏并網逆變器有高頻變化的共模電壓，因此會產生很大的漏電 流，該拓撲結構不適用于非隔離型光伏并網逆變系統。
【發明內容】
[0005] 本實用新型所要解決的技術問題是提供一種低漏電流的單相無變壓器型光伏并 網逆變器，能夠解決無變壓器型光伏并網逆變器在電路拓撲結構和開關管調制方式選擇不 當而引起的共模電壓不能恒定，進而導致漏電流過大危及人身安全的問題，為了解決這個 問題。
[0006] 為解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是:一種低漏電流的單相無 變壓器型光伏并網逆變器，包括光伏陣列模塊和電網，所述光伏陣列模塊的正極輸出端同 時連接第一電解電容的正極、第一開關管的漏極、第四快恢復二極管的陰極、第三快恢復二 極管的陰極、第二開關管的漏極，第一開關管的源極同時連接第一快恢復二極管的陰極、第 五快恢復二極管的陰極、第一互耦電感的上電感的同名端，第四快恢復二極管的陽極同時 連接第四開關管的漏極、第六開關管的漏極、第二互耦電感的上電感的同名端，第三快恢復 二極管的陽極同時連接第三開關管的漏極、第一互耦電感的下電感的異名端，第五開關管 的源極連接第五快恢復二極管的陽極、漏極連接第一互耦電感的下電感的異名端和第三快 恢復二極管的陽極，第六快恢復二極管的陽極連接第六開關管的源極，第六快恢復二極管 的陰極連接第二快恢復二極管的陰極和第二開關管的源極以及第二互耦電感的下電感的 異名端，第一互耦電感上電感的異名端同時連接第二互耦電感的上電感的異名端、第二電 解電容的正極以及電網電壓的一端，第一互耦電感的下電感的同名端同時連接第二互耦電 感的下電感的同名端、第二電解電容的負極以及電網的另一端，光伏陣列模塊的負極輸出 端同時連接第一電解電容的負極、第一快恢復二極管的陽極、第四開關管的源極、第三開關 管的源極、第二快恢復二極管的陽極。
[0007] 優選的，所述第一開關管、第二開關管、第三開關管、第四開關管、第五開關管、第 六開關管為電力場效應晶體管MOSFET或絕緣柵雙極晶體管IGBT。
[0008] 本實用新型提供一種低漏電流的單相無變壓器型光伏并網逆變器，將單相光伏并 網逆變器輸出端的共模電壓為恒定值，在保證對地漏電流很小的同時，使得單相光伏并網 逆變器對電網側的諧波污染最小。本實用新型既解決了傳統逆變器的不足，又可以在一定 程度上發揮非隔離型光伏并網逆變器損耗低、性能好的優勢。
【附圖說明】
[0009] 下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明：
[00?0]圖1為本實用新型的結構不意圖；
[0011] 圖2為本實用新型開關管的控制原理圖；
[0012] 圖3A為本實用新型電網電壓為正半周期時功率傳輸階段的電流流向示意圖；
[0013] 圖3B為本實用新型電網電壓為正半周期時續流階段的電流流向示意圖；
[0014] 圖3C為本實用新型電網電壓為負半周期時功率傳輸階段的電流流向示意圖；
[0015] 圖3D為本實用新型所述的電網電壓為負半周期時續流階段的電流流向示意圖；
[0016] 圖4為本實用新型并網電流、并網電壓、輸出電壓、共模電壓和漏電流的波形圖；
[0017] 圖5為本實用新型并網諧波分析波形圖；
[0018] 圖6為本實用新型使用時的光伏系統結構圖。
【具體實施方式】
[0019] 如圖1所示，一種低漏電流的單相無變壓器型光伏并網逆變器，包括光伏陣列模塊 Vpv和電網Vgrid，所述光伏陣列模塊Vpv的正極輸出端同時連接第一電解電容Cdc的正極、 第一開關管Sl的漏極、第四快恢復二極管D4的陰極、第三快恢復二極管D3的陰極、第二開關 管S2的漏極，第一開關管Sl的源極同時連接第一快恢復二極管Dl的陰極、第五快恢復二極 管D5的陰極、第一互耦電感Ll的上電感的同名端，第四快恢復二極管D4的陽極同時連接第 四開關管S4的漏極、第六開關管S6的漏極、第二互耦電感L2的上電感的同名端，第三快恢復 二極管D3的陽極同時連接第三開關管S3的漏極、第一互耦電感Ll的下電感的異名端，第五 開關管S5的源極連接第五快恢復二極管D5的陽極、漏極連接第一互耦電感Ll的下電感的異 名端和第三快恢復二極管D3的陽極，第六快恢復二極管D6的陽極連接第六開關管S6的源 極，第六快恢復二極管D6的陰極連接第二快恢復二極管D2的陰極和第二開關管S2的源極以 及第二互耦電感L2的下電感的異名端，第一互耦電感Ll上電感的異名端同時連接第二互耦 電感L2的上電感的異名端、第二電解電容Co的正極以及電網電壓Vgrid的一端，第一互耦電 感Ll的下電感的同名端同時連接第二互耦電感L2的下電感的同名端、第二電解電容Co的負 極以及電網Vgrid的另一端，光伏陣列模塊Vpv的負極輸出端同時連接第一電解電容Cdc的 負極、第一快恢復二極管Dl的陽極、第四開關管S4的源極、第三開關管S3的源極、第二快恢 復二極管D2的陽極。
[0020]本實用新型的調制方法如圖2所示，在電網電壓為正半周期時，控制逆變器工作在 功率傳輸模態和續流狀態，所述的功率傳輸模態的控制信號為5(1，2,3,4,5,6) = {10 10 1 〇}，續流狀態的控制信號為S(l，2,3,4,5,6) = {0 0 0 0 1 0};
[0021 ]在電網電壓為負半周期時，控制逆變器工作在功率傳輸模態和續流狀態，所述的 功率傳輸模態的控制信號為3(1，2,3,4,5,6) = {0 10 10 1}，續流狀態的控制信號為3 (1，2,3,4,5,6) = {0 0 0 0 0 1}〇
[0022]本實施方式的調制方法，是在電網電壓的正半周期，第一開關管Sl和第三開關管 S3的開關狀態由調制比為M的正弦參考信號與三角載波調制信號相比較產生的PWM信號進 行控制，第五開關管S5的開關狀態由同一正弦參考信號與零信號比較后進行控制。在電網 電壓的負半周期，第二開關管S2和第四開關管S4的開關狀態由調制比為M的正弦參考信號 與三角載波調制信號相比較產生的PWM信號進行控制，第六開關管S6的開關狀態由同一正 弦參考信號與零信號比較后進行控制。
[0023] 本實施方式中，調制度M的范圍為0<M〈1。
[0024] 在電網電壓為正半周期的功率傳輸階段S(1，2,3,4,5,6) = {1 0 1 0 1 0}，所述 第一開關管S1、第三開關管S3、第五開關管S5導通，第二開關管S2、第四開關管S4、第六開關 管S6關斷，第一電感LU第二電感L2和第二電容Co均吸收能量，如圖3A所示。
[0025] 在電網電壓為正半周期的電感續流階段S(l，2,3,4,5,6) = {0 0 0 0 1 0}，所述 的第五開關管S5導通，第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4、第六開 關管S6關斷，第一電感LU第二電感L2釋放能量，第二電容Co吸收能量，如圖3B所示。
[0026] 在電網電壓為負半周期的功率傳輸階段S(l，2,3,4,5,6) = {0 1 0 I 0 1}，所述 第一開關管S1、第三開關管S3、第五開關管S5關斷，第二開關管S2、第四開關管S4、第六開關 管S6導通，第一電感LU第二電感L2均吸收能量，第二電容Co釋放能量，如圖3C所示。
[0027] 在電網電壓為負半周期的電感續流階段S(l，2,3,4,5,6) = {0 0 0 0 0 1}，所述 第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4、第五開關管S5關斷、第六開關 管S6導通，第一電感LU第二電感L2和第二電容Co均釋放能量，如圖3D所示。
[0028] 本實用新型中電網電壓對一種低漏電流的單相無變壓器型光伏并網逆變器進行 調制，在電網電壓正負半周期內均有兩種運行模式，在功率傳輸模態，光伏板Vpv向電網側 提供能量，實現并網。在續流模態，第一電感Ll和第二電感L2分別續流，此時第一開關管S1、 第三開關管S3和第二開關管S2、第四開關管S4能夠分別阻斷光伏陣列與單相無變壓器型光 伏并網逆變器，共模電壓無放電通路。
[0029] 如圖4所示，為本實用新型并網電流、并網電壓、輸出電壓、共模電壓和漏電流的波 形圖，并網電流與并網電壓頻率相同、波形一致、僅幅值大小不同，滿足并網要求;輸出電壓 為單極性調制方式，共模電壓為恒定值，漏電流基本為零，滿足無變壓器型光伏并網逆變器 的要求。
[0030] 如圖5所示，為本實用新型并網諧波分析波形圖諧波電流中的諧波很小，對電網諧 波污染影響不大，能夠滿足并網要求。
[0031] 在電網電壓正半周期，假設第一開關管Sl、第三開關管S3、第五開關管S5導通，第 二開關管S2、第四開關管S4、第六開關管S6關斷，逆變器工作在功率傳輸模態，有
[0032] (I)
[0033]其中，Vcm為共模電壓，ViN為第一條支路中點I對光伏板負極的電壓，V3N為第三條支 路中點3對光伏板負極的電壓，Vpv為光伏模塊電壓。
[0034]在電網電壓正半周期，假設第一開關管Sl、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開 關管S4、第六開關管S6關斷，第五開關管S5導通，逆變器工作在續流模態，有
[0035] (2)
[0036] 在電網電壓負半周期，假設第一開關管SI、第三開關管S3、第五開關管S5關斷，第 二開關管S2、第四開關管S4、第六開關管S6導通，逆變器工作在功率傳輸模態，有
[0037]
(3)
[0038] 其中，V4N為第四條支路中點4對光伏板負極的電壓，V2n為第二條支路中點2對光伏 板負極的電壓。
[0039]在電網電壓負半周期，假設第一開關管Sl、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開 關管S4、第五開關管S5關斷，第六開關管S6導通，逆變器工作在續流模態，有
[0040] //(、 (4)
[0041] 由式（1)、式(2)、式(3)、式(4)可知，當一種低漏電流的單相無變壓器型光伏并網 逆變器應用于光伏并網系統中時，不需要體積龐大、費用高額的變壓器，且少了中間變換 級，相比于傳統的并網逆變器，效率得到提高。并且一種低漏電流的單相無變壓器型光伏并 網逆變器輸出端的共模電壓為恒定值Vpv/2,保證了系統對地漏電流基本為零值。
[0042]所述第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4、第五開關管S5、 第六開關管S6為電力場效應晶體管MOSFET或絕緣柵雙極晶體管IGBT。
[0043] 在控制方案中采用的是PffM跟蹤控制法。把期望的電流波形作為參考信號，把實際 電流波形作為反饋信號，通過比較將得出的誤差信號經過比例諧振控制后與零信號或三角 載波信號分別相比較，以決定逆變電路開關器件的開通與關斷，使實際輸出跟蹤期望信號 的變化。
[0044] 如圖6所示，為本實用新型使用時的光伏系統結構圖將一種低漏電流的單相無變 壓器型光伏并網逆變器應用于整個光伏并網系統中，由于沒有變壓器的存在，大大提高了 系統效率、降低了體積。續流時電網與直流側斷開，避免了直流側的高頻電壓波動，從而提 高系統的抗干擾性能。其運行過程為：
[0045] 此處的DC/DC直流變換器采用Boost電路，用于將光伏板產生的低壓電經過穩壓后 升壓到一定的高度，其開關管采用MPPT跟蹤控制，用于跟蹤光伏板的最大功率，實現最大效 率的將太陽能轉換為電能；
[0046] DC/AC電壓變換器將一定的電壓轉換為交流電，經過濾波環節后，將交流電能送入 電網，此DC/AC電壓變換器為一種低漏電流的單相無變壓器型光伏并網逆變器，濾波環節采 用LC濾波。
[0047] 控制電路中，經電網輸出電壓電流采樣電路，誤差信號送入比例諧振控制器、PWM 脈沖發生電路后產生開關管脈沖信號，依次送入DC/AC電壓變換器的開關管中，及時的對電 網側信號跟蹤控制。
[0048]上述的實施例僅為本實用新型的優選技術方案，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利要求記載的技術方案，包括權利要求記載的技術方案 中技術特征的等同替換方案為保護范圍。即在此范圍內的等同替換改進，也在本實用新型 的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種低漏電流的單相無變壓器型光伏并網逆變器，包括光伏陣列模塊(Vpv)和電網 (Vgrid)，其特征在于:所述光伏陣列模塊(Vpv)的正極輸出端同時連接第一電解電容(Cdc) 的正極、第一開關管(SI)的漏極、第四快恢復二極管(D4)的陰極、第三快恢復二極管(D3)的 陰極、第二開關管（S2)的漏極，第一開關管（SI)的源極同時連接第一快恢復二極管(Dl)的 陰極、第五快恢復二極管(D5)的陰極、第一互耦電感(LI)的上電感的同名端，第四快恢復二 極管(D4)的陽極同時連接第四開關管(S4)的漏極、第六開關管(S6)的漏極、第二互耦電感 (L2)的上電感的同名端，第三快恢復二極管(D3)的陽極同時連接第三開關管（S3)的漏極、 第一互耦電感(LI)的下電感的異名端，第五開關管(S5)的源極連接第五快恢復二極管(D5) 的陽極、漏極連接第一互耦電感(LI)的下電感的異名端和第三快恢復二極管(D3)的陽極， 第六快恢復二極管(D6)的陽極連接第六開關管(S6)的源極，第六快恢復二極管(D6)的陰極 連接第二快恢復二極管(D2)的陰極和第二開關管（S2)的源極以及第二互耦電感(L2)的下 電感的異名端，第一互耦電感(LI)的上電感的異名端同時連接第二互耦電感(L2)的上電感 的異名端、第二電解電容(Co)的正極以及電網電壓(Vgrid)的一端，第一互耦電感(LI)的下 電感的同名端同時連接第二互耦電感(L2)的下電感的同名端、第二電解電容(Co)的負極以 及電網(Vgrid)的另一端，光伏陣列模塊(Vpv)的負極輸出端同時連接第一電解電容(Cdc) 的負極、第一快恢復二極管(Dl)的陽極、第四開關管(S4)的源極、第三開關管(S3)的源極、 第二快恢復二極管(D2 )的陽極。2. 根據權利要求1所述一種低漏電流的單相無變壓器型光伏并網逆變器，其特征在于： 所述第一開關管（SI)、第二開關管（S2)、第三開關管（S3)、第四開關管（S4)、第五開關管 (S5)、第六開關管(S6)為電力場效應晶體管MOSFET或絕緣柵雙極晶體管IGBT。
【文檔編號】H02J3/38GK205544995SQ201620271338
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月1日
【發明人】陳小艷, 司新放, 葉青峰, 晉貞貞, 胡康, 馮曉裕
【申請人】三峽大學