《CN2011102641482A 一种高效无变压器单相光伏并网逆变器 1-11》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CN2011102641482A 一种高效无变压器单相光伏并网逆变器 1-11（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102983765 A(43)申请公布日 2013.03.20CN102983765A*CN102983765A*(21)申请号 201110264148.2(22)申请日 2011.09.07H02M 7/48(2007.01)H02M 3/155(2006.01)H02M 7/5387(2007.01)(71)申请人艾伏新能源科技(上海)股份有限公司地址 201112 上海市闵行区联航路1588号2幢业务楼B楼一层、二层(72)发明人杨勇 赵方平 王仁峰 魏冬冬(54) 发明名称一种高效无变压器单相光伏并网逆变器(57) 摘要一种高效无变压器单相光伏并网逆变器，它
2、涉及一种逆变器。它包含太阳能光伏阵列(1)、升压电路(2)、DC-AC逆变器(3)、继电器(4)、电网(5)和以漏电流回路(6)，太阳能光伏阵列(1)、升压电路(2)、DC-AC逆变器(3)、继电器(4)和电网(5)依次相连，继电器(4)与电网(5)相连，且升压电路(2)与以漏电流回路(6)相连，以漏电流回路(6)与电网(5)相连。它能有效抑制共模电流，拓扑结构最高效率可达到96。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图5页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 5 页1/1页21.一种高效无变压器单相光伏并网逆变器，其特
3、征在于它包含太阳能光伏阵列(1)、升压电路(2)、DC-AC逆变器(3)、继电器(4)、电网(5)和以漏电流回路(6)，太阳能光伏阵列(1)、升压电路(2)、DC-AC逆变器(3)、继电器(4)和电网(5)依次相连，继电器(4)与电网(5)相连，且升压电路(2)与以漏电流回路(6)相连，以漏电流回路(6)与电网(5)相连。权 利 要 求 书CN 102983765 A1/4页3一种高效无变压器单相光伏并网逆变器技术领域 ：0001 本发明涉及一种逆变器，尤其涉及一种高效无变压器单相光伏并网逆变器。背景技术 ：0002 随着能源的日益枯竭，太阳能已经成为一种十分具有潜力的绿色能源，而光伏发电是当
4、前利用太阳能的主要方式。对于并网型的光伏并网逆变器，存在有隔离变压器和无隔离变压器两种拓扑结构。对于隔离变压器的并网逆变器，通常在电网侧加入工频变压器实现光伏阵列直流侧与电网侧电气隔离；也可以在直流侧加入高频隔离变压器实现电网侧与直流侧电气隔离。由于电网侧频率低，使得电网侧隔离变压器体积庞大、笨重而且价格昂贵。虽然前两种拓扑结构实现电气隔离，但由于隔离变压器的加入，使得系统的整体效率下降1-2。无变压器式并网逆变器结构不含变压器(低频和高频)，具有效率高，体积、重量和成本低的绝对优势。因此，越来越多的商用光伏并网逆变器采用这路拓扑结构。但是，无隔离变压器并网逆变器使光伏(PV)和电网之间有了电
5、气连接，共模电流大大增加，带来安全隐患。采用无变压器的并网逆变器必须解决的一个问题是如何消除共模电压在寄生电容(PV和大地之间)形成回路所产生的漏电流。德国SMASunnyBoy公司采用H5拓扑结构(中国发明专利号：200510079923.1)，在该拓扑结构中，V1和V2在电网电流的正负半周各自导通，V4、V5在电网正半周以开关频率调制，而V2、V5在电网负半周期以开关频率调制。这种无变压器拓扑结构，可以很好的解决漏电流问题；同时，其最高效率达到98.1，欧洲效率达到97.7。Sunways公司采用HERIC(欧洲专利号：EP 1369985A2)拓扑结构，该拓扑是对双极性调制的全桥拓扑的改
6、进，即在全桥拓扑的交流侧增加一个由2个IGBT组成的双向续流支路，使得续流回路与直流侧断开，同样可以有效解决漏电流问题，其最高效率达到96.3。文献(Transformerless Inverters for Single-phase Photovoltaic SystemsJ.IEEE Transactions on power electronics，2007，22(2)：693-697)提出一种新的拓扑结构FB-DCBP(full-bridge with dc-bypass)，在电网电压正半周期，开关管S1、S4始终保持导通，开关管S5、S6与S2、S3交替导通；在电网电压负半周期，开关
7、管S2、S3始终保持导通，开关管S5、S6与S1、S4交替导通。该拓扑结构很好的解决了漏电流问题，其最高效率可达到97.4。发明内容 ：0003 本发明的目的是提供一种高效无变压器单相光伏并网逆变器，它能有效抑制共模电流，拓扑结构最高效率可达到96。0004 为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它包含太阳能光伏阵列1、升压电路2、DC-AC逆变器3、继电器4、电网5和以漏电流回路6，太阳能光伏阵列1、升压电路2、DC-AC逆变器3、继电器4和电网5依次相连，继电器4与电网5相连，且升压电路2与以漏电流回路6相连，以漏电流回路6与电网5相连。0005 本发明中的太阳光伏阵列1
8、是单相光伏逆变器的输入，为整个系统包括控制电路说 明 书CN 102983765 A2/4页4提供电能。在白天光照的条件下，太阳能电池阵列将所接收的光能转换为电能，经过BOOST升压电路，经过直流变交流(DC-AC)逆变器将直流转换为交流，向电网输送功率，天黑时，整个系统自动停止工作，利用继电器使输出端与电网断开。0006 本发明中的升压电路2负责将太阳能光伏阵列的输入电压转换为所需求的直流电压，一般运行在升压状态，将低的光伏阵列输入电压升到一定高的直流电压，以便逆变。0007 本发明中的DC-AC逆变器3作为并网逆变器的关键环节，对电能变换起非常关键的作用。通过控制H桥和续流回路使光伏逆变器
9、输出电流与电网电压同相位，同时实现光伏阵列最大功率输出和抑制漏电流，提高整个光伏系统的转换效率。0008 本发明能有效地抑制共模电流，它和Sunways公司采用HERIC专利相比，在交流侧少一个开关管，但增加一个二极管整流桥。从控制来看，可以少控制一个开关管，控制相对来说简单，整体效率略下降。此拓扑结构最高效率可达到96。和采用H桥+双极性调制相比，效率可以提高。H桥+双极性调制的最高效率可94.8左右。附图说明 ：0009 图1为本发明的高效无变压器单相光伏并网逆变器的拓扑结构图；0010 图2为本发明无变压器单相光伏并网逆变器漏电流回路图；0011 图3为本发明电网电压正半周开关管S1和S
10、4导通时的电流流向示意图；0012 图4为本发明电网电压正半周开关管S1和S4关断时的电流流向示意图；0013 图5为本发明电网电压负半周开关管S2和S3开通时的电流流向示意图；0014 图6为本发明电网电压负半周开关管S2和S3关闭时的电流流向示意图；0015 图7为本发明高效无变压器单相光伏并网逆变器控制策略图；0016 图8(a)为本发明单极性调制方式输出电流和漏电流示意图；0017 (b)为本发明的调制方式输出电流和漏电流示意图。具体实施方式 ：0018 参照图1-8，本具体实施方式采用以下技术方案：它包含太阳能光伏阵列1、升压电路2、DC-AC逆变器3、继电器4、电网5和以漏电流回路
11、6，太阳能光伏阵列1、升压电路2、DC-AC逆变器3、继电器4和电网5依次相连，继电器4与电网5相连，且升压电路2与以漏电流回路6相连，以漏电流回路6与电网5相连。0019 本具体实施方式中的太阳光伏阵列1是单相光伏逆变器的输入，为整个系统包括控制电路提供电能。在白天光照的条件下，太阳能电池阵列将所接收的光能转换为电能，经过BOOST升压电路，经过直流变交流(DC-AC)逆变器将直流转换为交流，向电网输送功率，天黑时，整个系统自动停止工作，利用继电器使输出端与电网断开。0020 本具体实施方式中的升压电路2负责将太阳能光伏阵列的输入电压转换为所需求的直流电压，一般运行在升压状态，将低的光伏阵列
12、输入电压升到一定高的直流电压，以便逆变。0021 本具体实施方式中的DC-AC逆变器3作为并网逆变器的关键环节，对电能变换起非常关键的作用。通过控制H桥和续流回路使光伏逆变器输出电流与电网电压同相位，同时实现光伏阵列最大功率输出和抑制漏电流，提高整个光伏系统的转换效率。说 明 书CN 102983765 A3/4页50022 本具体实施方式中的拓扑结构采用二级功率电路，将光伏阵列输出变化的直流电压转化为交流电压。第一级功率电路为DC-DC(BOOST升压电路)，通过控制开关管S6，使直流母线电压Udc达到一定值，满足向电网输送功率的要求。第二级功率电路为DC-AC电路，它由开关管S1、S2、S
13、3、S4、S5以及二极管D1、D2、D3、D4组成，它负责将直流电转化交流电。0023 在无变压器的非隔离光伏并网系统中，电网与光伏阵列之间存在直接的电气连接，由于光伏阵列和地之间存在寄生电容，形成由寄生电容、直流侧和交流滤波器以及电网阻抗形成共模谐振回路。寄生电容上共模电压的变化会在寄生电容上产生共模电流(漏电流)。光伏并网系统其漏电流回路如图2所示。为抵制无变压器单相光伏逆变器的漏电流，应尽量使共模电压变化比较小。若能Ucm为一定值，则能够基本上消除共模电流，即功率器件采用PWM控制使得a和b点对O点的电压之和满足：0024 Ucm(uao+ubo)/2定值(1)0025 下面具体分析消除
14、漏电流PWM调制过程：0026 (1)电网电压正半周开关管S1和S4开通0027 在电网电压正半周时，开关管S2和S3始终保持关断，S1和S4同时采用PWM调制(S1和S4的开关驱动信号相同)，开关管S5的开关驱动信号与开关管S1(S4)的驱动信号互补。当开关管S1、S4导通，其电流流向如图3所示。此时共模电压：0028 Ucm(uao+ubo)/2(Udc+0)/2Udc/20029 (2)0030 (2)电网电压正半周开关管S1和S4关断0031 在电网电压正半周时，开关管S2和S3始终保持关断，当开关管S1、S4关断，开关管S5导通，其电流流向如图4所示。此时共模电压：0032 Ucm(
15、uao+ubo)/2(Udc/2+Udc/2)/2Udc/20033 (3)0034 (3)电网电压负半周开关管S2和S3开通0035 在电网电压负半周时，开关管S1和S4始终保持关断，S2和S3同时采用PWM调制(S2和S3的开关驱动信号相同)，开关管S5的开关驱动信号与开关管S2(S3)的驱动信号互补。当开关管S2、S3导通，其电流流向如图5所示。此时共模电压：0036 Ucm(uao+ubo)/2(Udc+0)/2Udc/20037 (4)0038 (4)电网电压负半周开关管S2和S3关断0039 在电网电压负半周时，开关管S1和S4始终保持关断，当开关管S2、S3关断，开关管S5导通，
16、其电流流向如图6所示。此时共模电压：0040 Ucm(uao+ubo)/2(Udc/2+Udc/2)/2Udc/20041 (5)0042 从式(2)、式(3)、式(4)、式(5)可以看出，不管是在电网电压正半周还是电网电压负半周期，共模电压保持不变。因此通过光伏阵列寄生电容Cs的共模电流比较小，其波形如图8所示。0043 本具体实施方式整个高效无变压器单相光伏并网逆变器的控制策略如图7所示。下面具体分析PWM调制方式：说 明 书CN 102983765 A4/4页60044 1、通过锁相环得到电网空间角度的信息，在电网电压正半周时，开关管S2和S3始终保持关断，开关管S1和S4采用PWM调制(S1和S4的驱动信号相同)，续流回路中的开关管S5与S1(S4)的驱动信号互补。00
