專利名稱：抑制共模電流的單相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種抑制共模電流的單相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
隨著石油、煤、天然氣等化石能源的不斷消耗，能源問題日漸突出。太陽能蘊(yùn)藏量極其豐富，以及利用太陽能的發(fā)電技術(shù)日新月異，因此太陽能發(fā)電得到了國內(nèi)外的廣泛認(rèn)可。單塊太陽能電池板輸出電壓低，所以一般需要多塊太陽能電池板進(jìn)行串并聯(lián)來組成光伏陣列。然而，光伏陣列占地面積較大，在潮濕的環(huán)境下光伏陣列對(duì)地寄生電容較大。將光伏陣列產(chǎn)生的直流電變成可以并網(wǎng)的單相交流電，需要經(jīng)過并網(wǎng)逆變器才能實(shí)現(xiàn)。為了提 高并網(wǎng)逆變器效率，一般采用非隔離逆變電路，因此功率器件的開關(guān)過程在光伏陣列產(chǎn)生的直流電壓上可能疊加高頻變化的電壓分量，光伏陣列對(duì)地寄生電容對(duì)高頻變化的電壓分量非常敏感，因而導(dǎo)致在對(duì)地寄生電容上產(chǎn)生共模電流，這種高頻共模電流對(duì)設(shè)備本身和人身安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此歐盟國家對(duì)共模電流大小制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，要求單相非隔離光伏并網(wǎng)發(fā)電逆變裝置必須具有抑制共模電流的措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種抑制共模電流的單相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置，不會(huì)在光伏陣列輸出的直流電壓中疊加高頻干擾，能對(duì)高頻共模電流進(jìn)行有效抑制。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種抑制共模電流的單相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置，其特征在于，用于連接在光伏陣列輸出直流電壓電路和濾波并網(wǎng)電路之間，本裝置包括三開關(guān)橋臂電路、兩開關(guān)橋臂電路和飛跨開關(guān)；光伏陣列輸出直流電壓電路具有直流母線正極端“ + ”和直流母線負(fù)極端濾波并網(wǎng)電路具有濾波并網(wǎng)電路第一連接端E和濾波并網(wǎng)電路第二連接端F ；三開關(guān)橋臂電路由第一功率開關(guān)SI、第五功率開關(guān)S5和第二功率開關(guān)S2開關(guān)依次正向串聯(lián)后連接在光伏陣列輸出直流電壓電路的直流母線正極端“ + ”和直流母線負(fù)極端
之間，在第一功率開關(guān)SI發(fā)射極和第五功率開關(guān)S5集電極之間引出三開關(guān)橋臂第一連接端A，在第五功率開關(guān)S5發(fā)射極和第二功率開關(guān)S2集電極之間引出三開關(guān)橋臂第二連接端C ；兩開關(guān)橋臂電路由第三功率開關(guān)S3和第四功率開關(guān)S4正向串聯(lián)后連接在光伏陣列輸出直流電壓電路的直流母線正極端“ + ”和直流母線負(fù)極端之間，在第三功率開關(guān)S3發(fā)射極和第四功率開關(guān)S4集電極之間引出兩開關(guān)橋臂連接端B ；飛跨開關(guān)為第六功率開關(guān)S6，第六功率開關(guān)S6的集電極為飛跨開關(guān)第一連接端D，其發(fā)射極為飛跨開關(guān)第二連接端G ；三開關(guān)橋臂第一連接端A與濾波并網(wǎng)電路第一連接端E相連接，三開關(guān)橋臂第二連接端C與飛跨開關(guān)第二連接端G相連接，兩開關(guān)橋臂連接端B、濾波并網(wǎng)電路第二連接端F和飛跨開關(guān)第一連接端D相連接。
本發(fā)明抑制共模電流的單相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置的有益效果是實(shí)現(xiàn)了將光伏陣列輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電流進(jìn)行并網(wǎng)的逆變方法，具有硬件成本適中、高效率、無變壓器隔離、控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)不會(huì)在光伏陣列輸出的直流電壓中疊加高頻干擾，從而有效抑制共模電流的大小。


圖I是本發(fā)明抑制共模電流的單相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置的模塊框圖2是本發(fā)明抑制共模電流的單相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置的電路連接其中，PV表示光伏陣列，Dl表示防反充功率二極管，Cl表示直流母線濾波電容， “ + ”表示直流母線正極端，表示直流母線負(fù)極端，S1-S6依次表示第一功率開關(guān)至第六功率開關(guān)，LI表示第一交流濾波電感，L2表示第二交流濾波電感，A和C分別表示三開關(guān)橋臂第一連接端和三開關(guān)橋臂第二連接端，B表示兩開關(guān)橋臂連接端，D和G分別表示飛跨開關(guān)第一連接端和飛跨開關(guān)第二連接端，E和F分別表示濾波并網(wǎng)電路第一連接端和濾波并網(wǎng)電路第二連接端；
I.光伏陣列輸出直流電壓電路，2.三開關(guān)橋臂電路，3.兩開關(guān)橋臂電路，4.飛跨開關(guān)，5.濾波并網(wǎng)電路。
具體實(shí)施方式
如圖I和圖2所示，本發(fā)明抑制共模電流的單相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置，用于連接在光伏陣列輸出直流電壓電路I和濾波并網(wǎng)電路5之間，本裝置包括三開關(guān)橋臂電路2、兩開關(guān)橋臂電路3和飛跨開關(guān)4。
光伏陣列輸出直流電壓電路I由光伏陣列PV、防反充功率二極管Dl和直流母線濾波電容Cl依次連接組成，光伏陣列輸出直流電壓電路I具有直流母線正極端“ + ”和直流母線負(fù)極端“-”。
濾波并網(wǎng)電路5由單相電網(wǎng)和連接在其兩端的第一交流濾波電感LI和第二交流濾波電感L2組成，濾波并網(wǎng)電路5具有濾波并網(wǎng)電路第一連接端E和濾波并網(wǎng)電路第二連接端F。
三開關(guān)橋臂電路2由第一功率開關(guān)SI、第五功率開關(guān)S5和第二功率開關(guān)S2開關(guān)依次正向串聯(lián)后連接在光伏陣列輸出直流電壓電路I的直流母線正極端“ + ”和直流母線負(fù)極端之間，在第一功率開關(guān)SI發(fā)射極和第五功率開關(guān)S5集電極之間引出三開關(guān)橋臂第一連接端A，在第五功率開關(guān)S5發(fā)射極和第二功率開關(guān)S2集電極之間弓I出三開關(guān)橋臂第二連接端C。
兩開關(guān)橋臂電路3由第三功率開關(guān)S3和第四功率開關(guān)S4正向串聯(lián)后連接在光伏陣列輸出直流電壓電路I的直流母線正極端“ + ”和直流母線負(fù)極端之間，在第三功率開關(guān)S3發(fā)射極和第四功率開關(guān)S4集電極之間引出兩開關(guān)橋臂連接端B。
飛跨開關(guān)4為第六功率開關(guān)S6，第六功率開關(guān)S6的集電極為飛跨開關(guān)第一連接端 D且發(fā)射極為飛跨開關(guān)第二連接端G。
三開關(guān)橋臂第一連接端A與濾波并網(wǎng)電路第一連接端E相連接，三開關(guān)橋臂第二連接端C與飛跨開關(guān)第二連接端G相連接，兩開關(guān)橋臂連接端B、濾波并網(wǎng)電路第二連接端F和飛跨開關(guān)第一連接端D相連接。第一功率開關(guān)SI至第六功率開關(guān)S6為絕緣柵雙極型晶體管IGBT或功率M0SFET。本發(fā)明的工作原理是I)連接在直流母線正極端“ + ”的第一功率開關(guān)SI和第三功率開關(guān)S3，以及連接在直流母線負(fù)極端的第二功率開關(guān)S2和第四功率開關(guān)S4，均以高頻開關(guān)頻率例如20kHz的單極性PWM信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)。其中，第一功率開關(guān)SI和第四功率開關(guān)S4是電網(wǎng)電壓正半周時(shí)同時(shí)開通和關(guān)斷，第二功率開關(guān)S2和第三功率開關(guān)S3是電網(wǎng)電壓負(fù)半周時(shí)同時(shí)開通和關(guān)斷。而第五功率開關(guān)S5和第六功率開關(guān)S6則以單相電網(wǎng)頻率例如50Hz的低頻信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)，其中，第六功率開關(guān)S6是電網(wǎng)電壓正半周時(shí)一直導(dǎo)通，第五功率開關(guān)S5是電網(wǎng)電壓負(fù)半周時(shí)一直導(dǎo)通。 2)電網(wǎng)電壓正半周時(shí)，第六功率開關(guān)S6—直導(dǎo)通，第二功率開關(guān)S2、第三功率開關(guān)S3和第五功率開關(guān)S5 —直關(guān)斷，第一功率開關(guān)SI和第四功率開關(guān)S4同時(shí)以P麗方式進(jìn)行開通與關(guān)斷。當(dāng)?shù)谝还β书_關(guān)SI和第四功率開關(guān)S4同時(shí)開通時(shí)，光伏陣列PV產(chǎn)生的電流通過防反充功率二極管Dl、第一功率開關(guān)SI、第一交流濾波電感LI、單相電網(wǎng)、第二交流濾波電感L2和第四功率開關(guān)S4進(jìn)行流動(dòng)。當(dāng)?shù)谝还β书_關(guān)SI和第四功率開關(guān)S4同時(shí)關(guān)斷時(shí)，線路上的電流經(jīng)過第一交流濾波電感LI、單相電網(wǎng)、第二交流濾波電感L2、第六功率開關(guān)S6、第五功率開關(guān)S5的反并聯(lián)二極管進(jìn)行續(xù)流，此時(shí)光伏陣列與單相電網(wǎng)之間沒有電氣連接關(guān)系，從而避免了高頻電壓分量出現(xiàn)在直流母線上，所以高頻共模電流得到了有效抑制。3)電網(wǎng)電壓負(fù)半周時(shí)，第五功率開關(guān)S5—直導(dǎo)通，第一功率開關(guān)SI、第四功率開關(guān)S4和第六功率開關(guān)S6 —直關(guān)斷，第二功率開關(guān)S2和第三功率開關(guān)S3同時(shí)以PWM方式進(jìn)行開通與關(guān)斷。當(dāng)?shù)诙β书_關(guān)S2和第三功率開關(guān)S3同時(shí)開通時(shí)，光伏陣列產(chǎn)生的電流通過防反充功率二極管D1、第三功率開關(guān)S3、第二交流濾波電感L2、單相電網(wǎng)、第一交流濾波電感LI、功第五率開關(guān)S5和第二功率開關(guān)S2進(jìn)行流動(dòng)。當(dāng)?shù)诙β书_關(guān)S2和第三功率開關(guān)S3同時(shí)關(guān)斷時(shí)，線路上的電流經(jīng)過第二交流濾波電感L2、單相電網(wǎng)、第一交流濾波電感LI、第五功率開關(guān)S5、第六功率開關(guān)S6的反并聯(lián)二極管進(jìn)行續(xù)流，此時(shí)切斷了光伏陣列PV與單相電網(wǎng)之間的電氣連接，從而也避免了高頻電壓分量出現(xiàn)在直流母線上，所以此時(shí)高頻共模電流也得到了有效抑制。
權(quán)利要求
1.一種抑制共模電流的單相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置，其特征在于，用于連接在光伏陣列輸出直流電壓電路(I)和濾波并網(wǎng)電路(5)之間，本裝置包括三開關(guān)橋臂電路(2)、兩開關(guān)橋臂電路(3)和飛跨開關(guān)(4); 所述光伏陣列輸出直流電壓電路(I)具有直流母線正極端“ + ”和直流母線負(fù)極端所述濾波并網(wǎng)電路(5)具有濾波并網(wǎng)電路第一連接端E和濾波并網(wǎng)電路第二連接端F ；所述三開關(guān)橋臂電路(2)由第一功率開關(guān)SI、第五功率開關(guān)S5和第二功率開關(guān)S2開關(guān)依次正向串聯(lián)后連接在光伏陣列輸出直流電壓電路(I)的直流母線正極端“ + ”和直流母線負(fù)極端之間，在第一功率開關(guān)SI發(fā)射極和第五功率開關(guān)S5集電極之間引出三開關(guān)橋臂第一連接端A，在第五功率開關(guān)S5發(fā)射極和第二功率開關(guān)S2集電極之間引出三開關(guān)橋臂第二連接端C ； 所述兩開關(guān)橋臂電路(3)由第三功率開關(guān)S3和第四功率開關(guān)S4正向串聯(lián)后連接在光伏陣列輸出直流電壓電路(I)的直流母線正極端“ + ”和直流母線負(fù)極端之間，在第三功率開關(guān)S3發(fā)射極和第四功率開關(guān)S4集電極之間引出兩開關(guān)橋臂連接端B ； 所述飛跨開關(guān)(4)為第六功率開關(guān)S6，所述第六功率開關(guān)S6的集電極為飛跨開關(guān)第一連接端D且發(fā)射極為飛跨開關(guān)第二連接端G ； 所述三開關(guān)橋臂第一連接端A與濾波并網(wǎng)電路第一連接端E相連接，所述三開關(guān)橋臂第二連接端C與飛跨開關(guān)第二連接端G相連接，所述兩開關(guān)橋臂連接端B、濾波并網(wǎng)電路第二連接端F和飛跨開關(guān)第一連接端D相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抑制共模電流的單相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置，用于連接在光伏陣列輸出直流電壓電路和濾波并網(wǎng)電路之間，本裝置包括三開關(guān)橋臂電路、兩開關(guān)橋臂電路和飛跨開關(guān)。本發(fā)明不會(huì)在光伏陣列輸出的直流電壓中疊加高頻干擾，能對(duì)高頻共模電流進(jìn)行有效抑制。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102916445SQ20121041160
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者張琦, 孫向東, 任碧瑩, 安少亮, 楊惠 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)