一种非隔离光伏并网逆变器及其开关控制时序1

1、(19)中民国家知识局*CN102361408A*(12)发明专利申请(10)申请(43)申请号日CN 1023614082012.02.22A(21)申请号201110321391.3(22)申请日2011.10.20(71)申请人东南大学地址 211189 江苏省大学路 2 号市江宁开发区东南(72)发明人(74)专利机构天翼专利公司 32112人(51).Cl.H02M 7/48 (2007.01)H02M 7/537 (2006.01)权利要求书 2 页 说明书4 页 附图 5 页(54) 发明名称一种非序(57) 摘要光伏并网逆变器及其开关控制时本发明提供一种高效、低漏电流的非型光伏

2、并网逆变器及其开关控制时序，包括分压电容支路（1）、箝位支路（2）、全桥基本单元（3）和续流支路（4）。本发明在全桥电路的基础上加入两支可控开关管和分压电容双向箝位支路和加入两支可控开关管零电平续流支路，并配合开关时序可以实现续流阶段时续流回路电位处于二分之一的电池电压，从而消除非并网逆变器的漏电流了功率传输阶段输出电流仅流经两支开关管，使得导通损耗最低。CN 102361408 A权利要CN 102361408 A1/2 页1. 一种非光伏并网逆变器，其特征在于 ：包括分压电容支路（1）、箝位支路（2）、全桥基本单元（3）和续流支路（4）；分压电容支路（1）由第一分压电容 (Cdc1)、第二

3、分压电容(Cdc2) 组成 ；箝位支路（2）由第七功率开关管 (S7)、第八功率开关管 (S8) 组成 ；全桥基本单元（3）由第率开关管 (S1)、第二功率开关管 (S2)、第三功率开关管 (S3)、第四功率开关管 (S4) 组成 ；箝位支路（4）由第五功率开关管 (S5)、第六功率开关管 (S6) 组成； 上述第一分压电容 (Cdc1) 的正端分别连接能电池正输出端、第率开关管 (S1)和第三功率开关管 (S3) 的集电极 ；第一分压电容 (Cdc1) 的负端分别连接第二分压电容(Cdc2) 的正端、第八功率开关管 (S8) 的集电极 ；第二分压电容 (Cdc2) 的负端分别连接电池负输出端

4、、第二功率开关管 (S2) 的发射极、第四功率开关管 (S4) 的发射极 ；能上述第率开关管(S1) 的发射极分别连接第二功率开关管(S2) 的集电极、第五功率开关管 (S5) 的集电极以及进网滤波器 (L 1) 的一端 ；上述第三功率开关管(S3) 的发射极分别连接第四功率开关管(S4) 的集电极、第六功率开关管 (S6) 的集电极以及进网滤波器 (L 2) 的一端 ；上述第五功率开关管(S5) 的发射极分别连接第六功率开关管(S6) 的发射极、第七功率开关管 (S7) 的集电极 ；上述第七功率开关管 (S7) 的发射极连接第八功率开关管 (S8) 的发射极。2. 一种非光伏并网逆变器，其特

5、征在于 ：包括分压电容支路（1）、箝位支路（2）、全桥基本单元（3）和续流支路（4）；分压电容支路（1）由第一分压电容 (Cdc1)、第二分压电容(Cdc2) 组成 ；箝位支路（2）由第七功率开关管 (S7)、第八功率开关管 (S8) 组成 ；全桥基本单元（3）由第率开关管 (S1)、第二功率开关管 (S2)、第三功率开关管 (S3)、第四功率开关管 (S4) 组成 ；箝位支路（4）由第五功率开关管 (S5)、第六功率开关管 (S6) 组成； 上述第一分压电容 (Cdc1) 的正端分别连接能电池正输出端、第率开关管 (S1)和第三功率开关管 (S3) 的集电极 ；第一分压电容 (Cdc1) 的

6、负端分别连接第二分压电容(Cdc2) 的正端、第八功率开关管 (S8) 的集电极 ；第二分压电容 (Cdc2) 的负端分别连接电池负输出端、第二功率开关管 (S2) 的发射极、第四功率开关管 (S4) 的发射极 ；能上述第率开关管(S1) 的发射极分别连接第二功率开关管(S2) 的集电极、第五功率开关管 (S5) 的集电极、第七功率开关管 (S7) 的集电极以及进网滤波器 (L 1) 的一端 ；第三功率开关管(S3) 的发射极分别连接第四功率开关管(S4) 的集电极、第六功率开关管 (S6) 的集电极以及进网滤波器 (L 2) 的一端 ；第五功率开关管 (S5) 的发射极分别连接第六功率开关管

7、 (S6) 的发射极第七功率开关管 (S7) 的发射极连接第八功率开关管 (S8) 的发射极。3. 一种非光伏并网逆变器，其特征在于 ：包括分压电容支路（1）、箝位支路（2）、全桥基本单元（3）和续流支路（4）；分压电容支路（1）由第一分压电容 (Cdc1)、第二分压电容(Cdc2) 组成 ；箝位支路（2）由第七功率开关管 (S7)、第八功率开关管 (S8) 组成 ；全桥基本单元（3）由第率开关管 (S1)、第二功率开关管 (S2)、第三功率开关管 (S3)、第四功率开关管 (S4) 组成 ；箝位支路（4）由第五功率开关管 (S5)、第六功率开关管 (S6) 组成； 其中第一分压电容 (Cdc

8、1) 的正端分别连接能电池正输出端、第率开关管 (S1)和第三功率开关管 (S3) 的集电极 ；第一分压电容 (Cdc1) 的负端分别连接第二分压电容(Cdc2) 的正端、第八功率开关管 (S8) 的集电极 ；第二分压电容 (Cdc2) 的负端分别连接2能权利要CN 102361408 A2/2 页电池负输出端、第二功率开关管 (S2) 的发射极、第四功率开关管 (S4) 的发射极 ；上述第率开关管(S1) 的发射极分别连接第二功率开关管(S2) 的集电极、第五功率开关管 (S5) 的集电极以及进网滤波器 (L 1) 的一端 ；上述第三功率开关管(S3) 的发射极分别连接第四功率开关管(S4)

9、 的集电极、第六功率开关管 (S6) 的集电极、第七功率开关管 (S7) 的集电极以及进网滤波器 (L 2) 的一端 ；上述第五功率开关管 (S5) 的发射极分别连接第六功率开关管 (S6) 的发射极 ；第七功率开关管 (S7) 的发射极连接第八功率开关管 (S8) 的发射极。4. 一种基于权利要求 1 或 2 或 3 所述非在于 ：具体过程如下 ：光伏并网逆变器的开关控制时序，其特征将第率开关管(S1) 和第四功率开关管(S4) 在进网电流正半周按单极性S方式高频动作，负半周关断 ；将第二功率开关管(S2) 和第三功率开关管(S3) 在进网电流负半周按单极性S高频动作，正半周关断 ；将第五功

10、率开关管 (S5) 在进网电流负半周开通，正半周关断 ；将第六功率开关管 (S6) 在进网电流正半周开通，负半周关断 ；方式将第七功率开关管 (S7) 和第八功率开关管 (S8) 在进网电流正半周的驱动信号与第一功率开关管 (S1) 的驱动信号互补，并加入死区时间 ；将进网电流负半周的驱动信号与第二功率开关管 (S2) 的驱动信号互补，并加入死区时间。3明CN 102361408 A1/4 页乚0001本发明涉及一种非术领域。光伏并网逆变器及其开关控制时序，属并网逆变器拓扑技0002非型光伏并网逆变器拥有效率高、体积小、重量轻和成本优势。但由于电池板对地寄生电容的存在，使得并网逆变器开关器件的

11、开关动作可能产生高频时变电压作用在寄生电容之上，由此诱发的漏电流可能超出允许范围。高频漏电流的产生会带来传导和辐射干扰、进网电流谐波及损耗的增加，甚至危及设备和安全。0003单极性 S全桥并网逆变器的差模特性优良，如输入直流电压利用率高和滤波电感电流脉动量小等受到广泛关注。但同时产生了开关频率脉动的共模电压 ( 其幅值为输入直流电压 )，使得在光伏并网应用场合需要加入变压器( 低频或高频 )，但高频脉动的共模电压对变压器的绝缘强度，进一步增加了制作成本。为了去掉单极性 S全桥并网逆变器中的变压器，专利 EP1369985A2 提出在全桥电路的桥臂中点间 ( 交流侧 ) 加入双向可控开关组构造新

12、的续流回路 ；专利 US7411802B2 仅在电池侧正端引入一支高频开关，同样可以实现续流阶段能电池端与电网脱离。但根据全桥电路高频共模等效模型，为了消除单极性 S调制产生的高频共模电压，必须使续流阶段的续流回路电位箝位在能电池输入电压的一半，这样才能使共模电压完全消除，而并非简单的使电池板与电网脱离。专利 CN101814856A( 已完成实质性和修回，待批准 ) 在专利US7411802B2 的基础上加入箝位支路可将续流阶段的续流回路电位箝位在能电池输入电压的一半，大幅降低开关频率漏电流，单由于引入的单向开关引起了漏电流正负半周不对程，增加了均压电容平衡电路的负担，另外，与专利 US74

13、11802B2 一样，在功率传输阶段电流需要流经三只功率管，增加了导通损耗。发明0004本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种非开关控制时序。光伏并网逆变器及其0005为实现上述目的，本发明所述非000 技术方案一 ：光伏并网逆变器可采用如下三种技术方案 ：0007一种非光伏并网逆变器，包括分压电容支路、箝位支路、全桥基本单元和续流支路 ；分压电容支路由第一分压电容 Cdc1、第二分压电容 Cdc2 组成 ；箝位支路包括第七功率开关管 S7、第八功率开关管 S8 组成 ；全桥基本单元由第率开关管 S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管 S3、第四功率开关管 S4 组成 ；箝位支路由第

14、五功率开关管 S5、第六功率开关管 S6 组成。0008其中第一分压电容 Cdc1 的正端分别连接能电池正输出端、第率开关管 S1和第三功率开关管 S3 的集电极 ；第一分压电容 Cdc1 的负端分别连接第二分压电容 Cdc2 的正4明CN 102361408 A2/4 页端、第八功率开关管 S8 的集电极 ；第二分压电容 Cdc2 的负端分别连接第二功率开关管 S2 的发射极、第四功率开关管 S4 的发射极。能电池负输出端、0009第率开关管S1 的发射极分别连接第二功率开关管S2 的集电极、第五功率开关管 S5 的集电极以及进网滤波器 L1 的一端。0010第三功率开关管S3 的发射极分别

15、连接第四功率开关管S4 的集电极、第六功率开关管 S6 的集电极以及进网滤波器 L2 的一端。0011第五功率开关管S5 的发射极分别连接第六功率开关管S6 的发射极、第七功率开关管 S7 的集电极。0012第七功率开关管 S7 的发射极连接第八功率开关管 S8 的发射极。0013技术方案二 ：0014一种非光伏并网逆变器，包括分压电容支路、箝位支路、全桥基本单元和续流支路 ；分压电容支路由第一分压电容 Cdc1、第二分压电容 Cdc2 组成 ；箝位支路包括第七功率开关管 S7、第八功率开关管 S8 组成 ；全桥基本单元由第率开关管 S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管 S3、第四功率开关

16、管 S4 组成 ；箝位支路由第五功率开关管 S5、第六功率开关管 S6 组成。0015其中第一分压电容 Cdc1 的正端分别连接能电池正输出端、第率开关管 S1和第三功率开关管 S3 的集电极 ；第一分压电容 Cdc1 的负端分别连接第二分压电容 Cdc2 的正端、第八功率开关管 S8 的集电极 ；第二分压电容 Cdc2 的负端分别连接第二功率开关管 S2 的发射极、第四功率开关管 S4 的发射极。能电池负输出端、001 第率开关管S1 的发射极分别连接第二功率开关管S2 的集电极、第五功率开关管 S5 的集电极、第七功率开关管 S7 的集电极以及进网滤波器 L1 的一端。0017第三功率开关

17、管S3 的发射极分别连接第四功率开关管S4 的集电极、第六功率开关管 S6 的集电极以及进网滤波器 L2 的一端。0018第五功率开关管 S5 的发射极分别连接第六功率开关管 S6 的发射极0019第七功率开关管 S7 的发射极连接第八功率开关管 S8 的发射极。0020技术方案三 ：0021一种非光伏并网逆变器，包括分压电容支路、箝位支路、全桥基本单元和续流支路 ；分压电容支路由第一分压电容 Cdc1、第二分压电容 Cdc2 组成 ；箝位支路包括第七功率开关管 S7、第八功率开关管 S8 组成 ；全桥基本单元由第率开关管 S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管 S3、第四功率开关管 S4

18、组成 ；箝位支路由第五功率开关管 S5、第六功率开关管 S6 组成。0022其中第一分压电容 Cdc1 的正端分别连接能电池正输出端、第率开关管 S1和第三功率开关管 S3 的集电极 ；第一分压电容 Cdc1 的负端分别连接第二分压电容 Cdc2 的正端、第八功率开关管 S8 的集电极 ；第二分压电容 Cdc2 的负端分别连接第二功率开关管 S2 的发射极、第四功率开关管 S4 的发射极。能电池负输出端、0023第率开关管S1 的发射极分别连接第二功率开关管S2 的集电极、第五功率开关管 S5 的集电极以及进网滤波器 L1 的一端。0024第三功率开关管S3 的发射极分别连接第四功率开关管S4

19、 的集电极、第六功率开关管 S6 的集电极、第七功率开关管 S7 的集电极以及进网滤波器 L2 的一端。5明CN 102361408 A3/4 页0025第五功率开关管 S5 的发射极分别连接第六功率开关管 S6 的发射极。002 第七功率开关管 S7 的发射极连接第八功率开关管 S8 的发射极。0027本发明所述开关控制时序可以基于上述三种非种来实现，具体过程如下 ：光伏并网逆变器中的任意一0028将第率开关管S1 和第四功率开关管S4 在进网电流正半周按单极性S方式高频动作，负半周关断 ；0029将第二功率开关管S2 和第三功率开关管S3 在进网电流负半周按单极性S高频动作，正半周关断 ；

20、0030将第五功率开关管 S5 在进网电流负半周开通，正半周关断 ；0031将第六功率开关管 S6 在进网电流正半周开通，负半周关断 ；方式0032将第七功率开关管 S7 和第八功率开关管 S8 在进网电流正半周的驱动信号与第一功率开关管 S1 的驱动信号互补，并加入死区时间 ；在进网电流负半周的驱动信号与第二功率开关管 S2 的驱动信号互补，并加入死区时间 ；0033本发明在全桥电路的基础上在桥臂输出侧加入两支可控开关管提供续流回路和在直流侧加入两支可控开关管和分压电容路电位处于二分之一的电池电压来抑制漏电流双向箝位支路，可以实现续流阶段时续流回了功率传输阶段输出电流仅流经两支开关管，有效降

21、低了导通损耗。另外，箝位支路的加入使得交直流侧引入的高频开关的电压应力仅为输入电池电压的一半。明00340035003 003700380039004000410042004300440045004 图。004700480049图 1(a) 是本发明主电路技术方案一的电路图。在本技术方案中，是箝位支路的一端接与续流支路的中点。图 1(b) 本发明主电路技术方案二的电路图。在本技术方案中，箝位支路的一端接与续流支路侧边。图 1(c) 是本发明主电路技术方案三的电路图。在本技术方案中，箝位支路的一端接与续流支路另一侧边。图 2 是本发明的功率开关管驱动信号示意图。图 3(a)-(d) 是本发明箝位

22、工作模态图，其中图 3(a) 是续流回路电压降低，进网电流正半周的工作模态图 ；图 3(b) 是续流回路电压升高，进网电流正半周的工作模态图 ；图 3(c) 是续流回路电压降低，进网电流负半周的工作模态图 ；图 3(d) 是续流回路电压升高，进网电流负半周的工作模态图。图 4 是本发明实施例的逆变器桥臂输出电压 ( 差模电压 ) 和进网电压、电流波形图 5(a) 是本发明实施例的共模电压波形及频谱图。图 5(b) 是本发明实施例的漏电流波形及频谱图。上述附图的主要符号及标号名称 ：Cdc1、Cdc2分压电容 ；S1 S8功率开关管 ；Grid，ug电网电压 ；Upv能电池板输出电压 ；L1、L

23、2进网滤波电感 ；C1进网滤波电容 ；ig进网电流 ；u1N逆变桥中点 1 对电池负端电压 ；u2N逆变桥中点6明CN 102361408 A4/4 页2 对电池负端电压 ；iLeakage漏电流。0050下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明 ：0051图 1(a)-(c) 描述了本发明的主电路的三种方式，由第一分压电容 Cdc1 和第二分压电容 Cdc2 串联组成基本单元 1 ；由第率开关管 S1、第二功率开关管 S2、第三功率开关管S3 和第四功率开关管S4 组成基本单元 3 ；由第五功率开关管 S5、第六功率开关管 S6 组成基本单元 4 ；由第七功率开关管 S7、第八功率开关管

24、S8 组成基本单元 2 ；基本单元 2 与基本单元 3 的三种方式三种电路结构。0052图 2 为本发明主电路功率开关管的驱动信号时序图，第率开关管S1 和第四功率开关管S4 在进网电流正半周按单极性S方式高频动作，在进网电流负半周关闭 ；第二功率开关管 S2 和第三功率开关管 S3 在进网电流负半周按单极性 S方式高频动作，在进网电流正半周关闭 ；第五功率开关管 S5 的驱动信号在进网电流负半周直通，在进网电流正半周关闭 ；第六功率开关管S6 的驱动信号在进网电流正半周直通，在进网电流负半周关闭 ；第七功率开关管 S7 和第八功率开关管 S8 的驱动信号在进网电流正半周与第率开关管S1 的驱动信号互补，并加入死区时间，在进网电流负半周与第二功率开关管 S2 的驱动信号互补，并加入死区时