專利名稱：帶交流旁路單元的光伏并網(wǎng)逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及直流交流逆變器，特別是涉及光伏并網(wǎng)逆變器，屬于電力電子變換器。
背景技術(shù)：
光伏發(fā)電具有可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境友好特點，在應(yīng)對能源及環(huán)境危機問題上較有優(yōu)勢。通常并網(wǎng)發(fā)電逆變器標(biāo)準(zhǔn)拓撲為四開關(guān)管全橋結(jié)構(gòu)，通過工頻隔離變壓器或直接并網(wǎng)發(fā)電。由于工頻隔離變壓器增加了系統(tǒng)成本，不利于重量體積優(yōu)化，且效率較低，因而四開關(guān)管全橋拓撲是中小功率光伏并網(wǎng)系統(tǒng)首選方案。為進一步優(yōu)化效率，單極性調(diào)制相比雙極性調(diào)制在實際中應(yīng)用更多。但不隔離光伏發(fā)電系統(tǒng)由于光伏面板占地較大，存在較大的寄生電容，而單極性調(diào)制相比雙極性調(diào)制存在較大的共模電壓，在沒有工頻變壓器或高頻變壓器隔離情況下將有可能導(dǎo)致出現(xiàn)較大的共模電流威脅人身安全。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實用新型的目的是在研究上述技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一族帶交流旁路單元的光伏并網(wǎng)逆變器，采用單極性調(diào)制策略，在保留單極性調(diào)制無工頻變壓器隔離四開關(guān)管全橋逆變器效率高的特點同時，共模電壓較小。技術(shù)方案本實用新型提出的一族帶交流旁路單元的光伏并網(wǎng)逆變器，包括拓撲 1、拓撲2、拓撲3、拓撲4等，1、其中拓撲1包括與輸入直流電源并聯(lián)電路以及與交流電網(wǎng)并聯(lián)電路，a.所述的與輸入電源并聯(lián)電路，包括兩條并聯(lián)支路，第一條支路連接的順序是 電源正端、第一開關(guān)管、第六開關(guān)管、第三開關(guān)管、電源負端；第二條支路連接的順序是電源正端、第二開關(guān)管、第四開關(guān)管、電源負端。b.所述的與交流電網(wǎng)并聯(lián)電路，包括兩條并聯(lián)支路，第一條支路由第一濾波電感、交流電網(wǎng)、第二濾波電感、第五開關(guān)管、第一二極管構(gòu)成；第二條支路由第二濾波電感、 交流電網(wǎng)、第一濾波電感、第六開關(guān)管、第二二極管構(gòu)成。拓撲1控制方法如下所述，a.電網(wǎng)電壓正半周時，第五開關(guān)管直通，第一開關(guān)管、第四開關(guān)管以相同的驅(qū)動信號高頻開關(guān)，第二開關(guān)管、第六開關(guān)管、第三開關(guān)管關(guān)斷；第一開關(guān)管、第四開關(guān)管導(dǎo)通時， 輸入電源經(jīng)第一開關(guān)管、第一濾波電感、交流電網(wǎng)、第二濾波電感、第四開關(guān)管構(gòu)成供電回路向電網(wǎng)供電；第一開關(guān)管、第四開關(guān)管關(guān)斷時，并網(wǎng)電流經(jīng)第五開關(guān)管、第一二極管、第一濾波電感、交流電網(wǎng)、第二濾波電感構(gòu)成續(xù)流回路維持并網(wǎng)電流。b.電網(wǎng)電壓負半周時，第六開關(guān)管直通，第二開關(guān)管、第三開關(guān)管以相同的驅(qū)動信號高頻開關(guān)，第一開關(guān)管、第五開關(guān)管、第四開關(guān)管關(guān)斷；第二開關(guān)管、第三開關(guān)管導(dǎo)通時， 輸入電源經(jīng)第二開關(guān)管、第二濾波電感、交流電網(wǎng)、第一濾波電感、第六開關(guān)管、第三開關(guān)管構(gòu)成供電回路向電網(wǎng)供電；第二開關(guān)管、第三開關(guān)管關(guān)斷時，并網(wǎng)電流經(jīng)第六開關(guān)管、第二二極管、第二濾波電感、交流電網(wǎng)、第一濾波電感構(gòu)成續(xù)流回路維持并網(wǎng)電流。2、其中拓撲2包括與輸入直流電源并聯(lián)電路以及與交流電網(wǎng)并聯(lián)電路，a.所述的與輸入電源并聯(lián)電路，包括兩條并聯(lián)支路，第一條支路連接的順序是 電源正端、第一開關(guān)管、第三開關(guān)管、電源負端；第二條支路連接的順序是電源正端、第六開關(guān)管、第四開關(guān)管、電源負端。b.所述的與交流電網(wǎng)并聯(lián)電路，包括兩條并聯(lián)支路，第一條支路由第一濾波電感、交流電網(wǎng)、第二濾波電感、第五開關(guān)管、第一二極管構(gòu)成；第二條支路由第二濾波電感、 交流電網(wǎng)、第一濾波電感、第二二極管、第六開關(guān)管構(gòu)成。拓撲2控制方法如下所述，a.電網(wǎng)電壓正半周時，第五開關(guān)管直通，第一開關(guān)管、第四開關(guān)管以相同的驅(qū)動信號高頻開關(guān)，第二開關(guān)管、第六開關(guān)管、第三開關(guān)管關(guān)斷；第一開關(guān)管、第四開關(guān)管導(dǎo)通時， 輸入電源經(jīng)第一開關(guān)管、第一濾波電感、交流電網(wǎng)、第二濾波電感、第四開關(guān)管構(gòu)成供電回路向電網(wǎng)供電；第一開關(guān)管、第四開關(guān)管關(guān)斷時，并網(wǎng)電流經(jīng)第五開關(guān)管、第一二極管、第一濾波電感、交流電網(wǎng)、第二濾波電感構(gòu)成續(xù)流回路維持并網(wǎng)電流。b.電網(wǎng)電壓負半周時，第六開關(guān)管直通，第二開關(guān)管、第三開關(guān)管以相同的驅(qū)動信號高頻開關(guān)，第一開關(guān)管、第五開關(guān)管、第四開關(guān)管關(guān)斷；第二開關(guān)管、第三開關(guān)管導(dǎo)通時， 輸入電源經(jīng)第二開關(guān)管、第六開關(guān)管、第二濾波電感、交流電網(wǎng)、第一濾波電感、第三開關(guān)管構(gòu)成供電回路向電網(wǎng)供電；第二開關(guān)管、第三開關(guān)管關(guān)斷時，并網(wǎng)電流經(jīng)第六開關(guān)管、第二濾波電感、交流電網(wǎng)、第一濾波電感、第二二極管構(gòu)成續(xù)流回路維持并網(wǎng)電流。3、其中拓撲3包括與輸入直流電源并聯(lián)電路以及與交流電網(wǎng)并聯(lián)電路，a.所述的與輸入電源并聯(lián)電路，包括兩條并聯(lián)支路，第一條支路連接的順序是電源正端、第一開關(guān)管、第三開關(guān)管、電源負端；第二條支路連接的順序是電源正端、第二開關(guān)管、第五開關(guān)管、第四開關(guān)管、電源負端。b.所述的與交流電網(wǎng)并聯(lián)電路，包括兩條并聯(lián)支路，第一條支路由第二濾波電感、交流電網(wǎng)、第一濾波電感、第二二極管、第六開關(guān)管構(gòu)成；第二條支路由第一濾波電感、 交流電網(wǎng)、第二濾波電感、第五開關(guān)管、第一二極管構(gòu)成。拓撲3控制方法如下所述，a.電網(wǎng)電壓正半周時，第五開關(guān)管直通，第一開關(guān)管、第四開關(guān)管以相同的驅(qū)動信號高頻開關(guān)，第二開關(guān)管、第六開關(guān)管、第三開關(guān)管關(guān)斷；第一開關(guān)管、第四開關(guān)管導(dǎo)通時， 輸入電源經(jīng)第一開關(guān)管、第一濾波電感、交流電網(wǎng)、第二濾波電感、第五開關(guān)管、第四開關(guān)管構(gòu)成供電回路向電網(wǎng)供電；第一開關(guān)管、第四開關(guān)管關(guān)斷時，并網(wǎng)電流經(jīng)第五開關(guān)管、第一二極管、第一濾波電感、交流電網(wǎng)、第二濾波電感構(gòu)成續(xù)流回路維持并網(wǎng)電流。b.電網(wǎng)電壓負半周時，第六開關(guān)管直通，第二開關(guān)管、第三開關(guān)管以相同的驅(qū)動信號高頻開關(guān)，第一開關(guān)管、第五開關(guān)管、第四開關(guān)管關(guān)斷；第二開關(guān)管、第三開關(guān)管導(dǎo)通時， 輸入電源經(jīng)第二開關(guān)管、第二濾波電感、交流電網(wǎng)、第一濾波電感、第三開關(guān)管構(gòu)成供電回路向電網(wǎng)供電；第二開關(guān)管、第三開關(guān)管關(guān)斷時，并網(wǎng)電流經(jīng)第六開關(guān)管、第二濾波電感、交流電網(wǎng)、第一濾波電感、第二二極管構(gòu)成續(xù)流回路維持并網(wǎng)電流。4、其中拓撲4包括與輸入直流電源并聯(lián)電路以及與交流電網(wǎng)并聯(lián)電路，a.所述的與輸入電源并聯(lián)電路，包括兩條并聯(lián)支路，第一條支路連接的順序是電源正端、第一開關(guān)管、第五開關(guān)管、第三開關(guān)管、電源負端；第二條支路連接的順序是電源正端、第二開關(guān)管、第四開關(guān)管、電源負端。b.所述的與交流電網(wǎng)并聯(lián)電路，包括兩條并聯(lián)支路，第一條支路由第二濾波電感、交流電網(wǎng)、第一濾波電感、第二二極管、第六開關(guān)管構(gòu)成；第二條支路由第一濾波電感、 交流電網(wǎng)、第二濾波電感、第一二極管、第五開關(guān)管構(gòu)成。拓撲4控制方法如下所述，a.電網(wǎng)電壓正半周時，第五開關(guān)管直通，第一開關(guān)管、第四開關(guān)管以相同的驅(qū)動信號高頻開關(guān)，第二開關(guān)管、第六開關(guān)管、第三開關(guān)管關(guān)斷；第一開關(guān)管、第四開關(guān)管導(dǎo)通時， 輸入電源經(jīng)第一開關(guān)管、第五開關(guān)管、第一濾波電感、交流電網(wǎng)、第二濾波電感、第四開關(guān)管構(gòu)成供電回路向電網(wǎng)供電；第一開關(guān)管、第四開關(guān)管關(guān)斷時，并網(wǎng)電流經(jīng)第五開關(guān)管、第一濾波電感、交流電網(wǎng)、第二濾波電感、第一二極管構(gòu)成續(xù)流回路維持并網(wǎng)電流。b.電網(wǎng)電壓負半周時，第六開關(guān)管直通，第二開關(guān)管、第三開關(guān)管以相同的驅(qū)動信號高頻開關(guān)，第一開關(guān)管、第五開關(guān)管、第四開關(guān)管關(guān)斷；第二開關(guān)管、第三開關(guān)管導(dǎo)通時， 輸入電源經(jīng)第二開關(guān)管、第二濾波電感、交流電網(wǎng)、第一濾波電感、第三開關(guān)管構(gòu)成供電回路向電網(wǎng)供電；第二開關(guān)管、第三開關(guān)管關(guān)斷時，并網(wǎng)電流經(jīng)第六開關(guān)管、第二濾波電感、交流電網(wǎng)、第一濾波電感、第二二極管構(gòu)成續(xù)流回路維持并網(wǎng)電流。有益效果本實用新型公開了一族帶交流旁路單元，包括含六個開關(guān)管，兩個二極管，兩個輸出濾波電感組合的4種拓撲。配合其控制方法，本發(fā)明避免使用開關(guān)管體二極管，實現(xiàn)了光伏并網(wǎng)發(fā)電無變壓器隔離情況下，高效率，無漏電流問題有源并網(wǎng)逆變。

圖1為本實用新型所提出的帶交流旁路單元的光伏并網(wǎng)逆變器拓撲1結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型所提出的帶交流旁路單元的光伏并網(wǎng)逆變器拓撲2結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實用新型所提出的帶交流旁路單元的光伏并網(wǎng)逆變器拓撲3結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實用新型所提出的帶交流旁路單元的光伏并網(wǎng)逆變器拓撲4結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為帶交流旁路單元的拓撲1控制方法示意圖，從上到下依次是各開關(guān)管驅(qū)動信號、并網(wǎng)交流電壓、電感L1電流(即并網(wǎng)電流)。圖6為帶交流旁路單元的拓撲1共模電壓、共模電流波形，從上到下依次是橋臂輸出電壓對直流母線負端共模電壓、直流母線負端對地共模電壓、共模電流。以上的圖中有第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管&、第三開關(guān)管&、第四開關(guān)管、、第五開關(guān)管&、第六開關(guān)管S6、第一濾波電感L1、第二濾波電感L2、交流電網(wǎng)^id、第一二極管Dp
第二二極管D2。
具體實施方式
以下結(jié)合具體實施方式
，以拓撲1為例，對照附圖，對本發(fā)明作進一步說明。圖1為本實用新型所提出帶交流旁路單元的拓撲1，包括與輸入直流電源并聯(lián)電路以及與交流電網(wǎng)并聯(lián)電路。與輸入電源并聯(lián)電路，包括兩條并聯(lián)支路，第一條支路連接的順序是電源正端、第一開關(guān)管、第六開關(guān)管、第三開關(guān)管、電源負端；第二條支路連接的順序是電源正端、第二開關(guān)管、第四開關(guān)管、電源負端。與交流電網(wǎng)并聯(lián)電路，包括兩條并聯(lián)支路，第一條支路由第一濾波電感、交流電網(wǎng)、第二濾波電感、第五開關(guān)管、第一二極管構(gòu)成；第二條支路由第二濾波電感、交流電網(wǎng)、第一濾波電感、第六開關(guān)管、第二二極管構(gòu)成。電網(wǎng)電壓正半周時，第五開關(guān)管直通，第一開關(guān)管、第四開關(guān)管以相同的驅(qū)動信號高頻開關(guān)，第二開關(guān)管、第六開關(guān)管、第三開關(guān)管關(guān)斷；第一開關(guān)管、第四開關(guān)管導(dǎo)通時，輸入電源經(jīng)第一開關(guān)管、第一濾波電感、交流電網(wǎng)、第二濾波電感、第四開關(guān)管構(gòu)成供電回路向電網(wǎng)供電；第一開關(guān)管、第四開關(guān)管關(guān)斷時，并網(wǎng)電流經(jīng)第五開關(guān)管、第一二極管、第一濾波電感、交流電網(wǎng)、第二濾波電感構(gòu)成續(xù)流回路維持并網(wǎng)電流。電網(wǎng)電壓負半周時，第六開關(guān)管直通，第二開關(guān)管、第三開關(guān)管以相同的驅(qū)動信號高頻開關(guān)，第一開關(guān)管、第五開關(guān)管、第四開關(guān)管關(guān)斷；第二開關(guān)管、第三開關(guān)管導(dǎo)通時，輸入電源經(jīng)第二開關(guān)管、第二濾波電感、交流電網(wǎng)、第一濾波電感、第六開關(guān)管、第三開關(guān)管構(gòu)成供電回路向電網(wǎng)供電；第二開關(guān)管、第三開關(guān)管關(guān)斷時，并網(wǎng)電流經(jīng)第六開關(guān)管、第二二極管、第二濾波電感、交流電網(wǎng)、第一濾波電感構(gòu)成續(xù)流回路維持并網(wǎng)電流。圖2為帶交流旁路單元的拓撲1控制方法示意圖，從上到下依次是各開關(guān)管驅(qū)動信號、并網(wǎng)交流電壓、電感L1電流(即并網(wǎng)電流)，可以看出電網(wǎng)正半周時，第五開關(guān)管常開，第一、第四開關(guān)管高頻開關(guān)；電網(wǎng)電壓負半周，第六開關(guān)管常開，第二、第三開關(guān)管高頻開關(guān)，為典型單極性調(diào)制策略。圖3為帶交流旁路單元的拓撲1共模電壓、共模電流波形，從上到下依次是橋臂輸出電壓對直流母線負端共模電壓、直流母線負端對地共模電壓、共模電流?？梢钥闯龃藭r橋臂輸出電壓對直流母線負端共模電壓基本恒定，直流母線負端對地共模電壓基本為一直流分量上疊加低頻分量，因而等效共模電容Cpv上流經(jīng)共模電流很小，遠低于標(biāo)準(zhǔn)中30mA有效值限制。這里重要的是，通過第一、第三開關(guān)管或第二、第四開關(guān)管對稱分配輸入電源電壓，由此優(yōu)選具有相同特性的開關(guān)管。此外通過續(xù)流回路經(jīng)附加第一或第二二極管，避免了全橋拓撲中特性較差的體二極管使用，尤其是避免了其反向恢復(fù)問題，因而變換器獲得較高效率。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認(rèn)定本方面的具體實施只限于這些說明。對本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下做出若干等同替代或明顯變形，且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍，例如輸出濾波電路還包含與電網(wǎng)并聯(lián)電容，或單電感濾波、LCL濾波電路；旁路單元中第五開關(guān)管&、第一二極管D1支路及第六開關(guān)管&、第二二極管&支路中開關(guān)管與二極管互換位置等。
權(quán)利要求1.一種帶交流旁路單元的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于拓撲1，包括輸入端的直流電源并聯(lián)電路以及輸出端的與交流電網(wǎng)并聯(lián)電路，所述的與輸入電源并聯(lián)電路，包括兩條并聯(lián)支路，第一條支路連接的順序是電源正端、第一開關(guān)管(Si)、第六開關(guān)管(S6)、第三開關(guān)管(S3)、電源負端；第二條支路連接的順序是電源正端、第二開關(guān)管(S2)、第四開關(guān)管(S4)、電源負端；所述的與交流電網(wǎng)并聯(lián)電路，包括兩條并聯(lián)支路，第一條支路連接的順序是第一濾波電感(Li)、交流電網(wǎng)Ovid)、第二濾波電感(L2)、第五開關(guān)管(S5)、第一二極管(D1)；第二條支路連接的順序是第二濾波電感(L2)、交流電網(wǎng)0vid)、第一濾波電感㈦)、第六開關(guān)管(S6)、第二二極管(D2)。
2.如權(quán)利要求1所述的帶交流旁路單元的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于所述的與輸入電源并聯(lián)電路包括兩條并聯(lián)支路，第一條支路連接的順序是電源正端、第一開關(guān)管 (S1)、第三開關(guān)管(S3)、電源負端；第二條支路連接的順序是電源正端、第六開關(guān)管、第四開關(guān)管(S4)、電源負端；與交流電網(wǎng)并聯(lián)電路，包括兩條并聯(lián)支路，第一條支路連接順序是第一濾波電感 (U、交流電網(wǎng)(tvid)、第二濾波電感(L2)、第五開關(guān)管(S5)、第一二極管(D1)；第二條支路連接順序是第二濾波電感(L2)、交流電網(wǎng)Ovid)、第一濾波電感知)、第二二極管(D2)、第六開關(guān)管(S6)。
3.如權(quán)利要求1所述的帶交流旁路單元的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于所述的與輸入電源并聯(lián)電路包括兩條并聯(lián)支路，第一條支路連接的順序是電源正端、第一開關(guān)管 (Si)、第三開關(guān)管(S3)、電源負端；第二條支路連接的順序是電源正端、第二開關(guān)管(S2)、 第五開關(guān)管(S5)、第四開關(guān)管(S4)、電源負端；與交流電網(wǎng)并聯(lián)電路，包括兩條并聯(lián)支路，第一條支路連接順序是第二濾波電感 (L2)、交流電網(wǎng)(、《)、第一濾波電感㈦)、第二二極管(D2)、第六開關(guān)管；第二條支路連接順序是第一濾波電感(U、交流電網(wǎng)(、《)、第二濾波電感(L2)、第五開關(guān)管(S5)、第一二極管(D1)。
4.如權(quán)利要求1所述的帶交流旁路單元的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于所述的與輸入電源并聯(lián)電路包括兩條并聯(lián)支路，第一條支路連接的順序是電源正端、第一開關(guān)管餌)、第五開關(guān)管(S5)、第三開關(guān)管(S3)、電源負端；第二條支路連接的順序是電源正端、 第二開關(guān)管(S2)、第四開關(guān)管(S4)、電源負端；與交流電網(wǎng)并聯(lián)電路，包括兩條并聯(lián)支路，第一條支路連接順序是第二濾波電感(L2)、交流電網(wǎng)Ovid)、第一濾波電感知)、第二二極管(D2)、第六開關(guān)管(S6)構(gòu)成；第二條支路連接順序是第一濾波電感(k)、交流電網(wǎng)0vid)、第二濾波電感(L2)、第一二極管(D1)、第五開關(guān)管(S5)。
專利摘要帶交流旁路單元光伏逆變器包括輸入端的直流電源并聯(lián)電路以及輸出端的與交流電網(wǎng)并聯(lián)電路,所述的與輸入電源并聯(lián)電路，包括兩條并聯(lián)支路，第一條支路連接的順序是電源正端、第一開關(guān)管(S1)、第六開關(guān)管(S6)、第三開關(guān)管(S3)、電源負端；第二條支路連接的順序是電源正端、第二開關(guān)管(S2)、第四開關(guān)管(S4)、電源負端；所述的與交流電網(wǎng)并聯(lián)電路，包括兩條并聯(lián)支路，第一條支路連接的順序是第一濾波電感(L1)、交流電網(wǎng)(vgrid)、第二濾波電感(L2)、第五開關(guān)管(S5)、第一二極管(D1)；第二條支路連接的順序是第二濾波電感(L2)、交流電網(wǎng)(vgrid)、第一濾波電感(L1)、第六開關(guān)管(S6)、第二二極管(D2)。
文檔編號H02M7/48GK202261068SQ20112005617
公開日2012年5月30日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者嵇保健, 王建華, 趙劍鋒 申請人:東南大學(xué)