專利名稱：非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏并網(wǎng)逆變器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器及其控制方法。
背景技術(shù)：
光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中常采用帶工頻或高頻變壓器的隔離型光伏并網(wǎng)逆變器，這樣確保了電網(wǎng)和光伏系統(tǒng)之間的電氣隔離，從而提供人身保護(hù)并避免了光伏系統(tǒng)和地之間的漏電流。然而，若采用工頻變壓器，其體積大、重量重且價(jià)格昂貴；若采用高頻變壓器，功率變換電路將被分成數(shù)級(jí)，使得控制復(fù)雜化，同時(shí)還降低了系統(tǒng)的效率。為了克服上述有變壓器的隔離型并網(wǎng)系統(tǒng)的不足，對(duì)無變壓器的非隔離型光伏并 網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了研究。但是，在無變壓器的非隔離型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，電網(wǎng)和光伏陣列之間存在電氣連接，而且，由于光伏陣列和地之間存在寄生電容，會(huì)產(chǎn)生共模電流(即，漏電流)，這樣會(huì)增加電磁輻射和安全隱患。因此，應(yīng)抑制非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器中的共模電流。目前已提出了一些能有效抑制非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器中的共模電流的方法，但是這些方法或多或少都存在某個(gè)或某幾個(gè)開關(guān)管的開關(guān)損耗較大和/或開關(guān)損耗分配不均的問題。例如，德國(guó)艾思碼太陽(yáng)能(SMA)股份有限公司提出了一種H5拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的并網(wǎng)逆變器(參見香港專利No. HK1084248)。如圖I所示，該并網(wǎng)逆變器由一個(gè)全橋電路和一個(gè)串聯(lián)在輸入直流電源正極與全橋電路之間的開關(guān)管V5構(gòu)成，其中，全橋電路由開關(guān)管V1、V2、V3和V4構(gòu)成，并且每個(gè)開關(guān)管反向并聯(lián)一個(gè)二極管。在電網(wǎng)電流正半周，三個(gè)開關(guān)管V5、Vl和V4參與工作，其中，開關(guān)管V5和V4以高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)方式工作，開關(guān)管Vl以工頻方式工作。在電網(wǎng)電流負(fù)半周，三個(gè)開關(guān)管V5、V3和V2參與工作，其中，開關(guān)管V5和V2以高頻PWM方式工作，開關(guān)管V3以工頻方式工作?？煽闯觯谡麄€(gè)開關(guān)周期內(nèi)，全橋電路與電源輸入正極之間串聯(lián)的開關(guān)管V5始終以高頻PWM方式工作。與現(xiàn)有的其它抑制共模電流的非隔離型并網(wǎng)逆變器相比，該并網(wǎng)逆變器的效率高、開關(guān)損耗小，所用功率器件少，成本低。但是，該并網(wǎng)逆變器中的開關(guān)損耗分配不均，開關(guān)管V5的開關(guān)損耗占整個(gè)逆變器開關(guān)損耗的大部分，因此，相應(yīng)地，開關(guān)管V5的使用壽命也比其它開關(guān)管的壽命短，損壞機(jī)率相對(duì)較高，從而降低并網(wǎng)逆變器的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器及其控制方法，以有效抑制非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器中的共模電流的產(chǎn)生，并提高非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的可靠性。為了實(shí)現(xiàn)以上方法，本發(fā)明提供的非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器包括全橋電路，其包括連接在輸入直流電源正極與負(fù)極之間的第一橋臂和第二橋臂以及第六開關(guān)管，其中，第一橋臂包括三個(gè)串聯(lián)的開關(guān)管，第一橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)為所述三個(gè)開關(guān)管中相鄰兩個(gè)開關(guān)管的串聯(lián)連接點(diǎn)；第二橋臂包括兩個(gè)串聯(lián)的開關(guān)管，第二橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)為所述兩個(gè)開關(guān)管的串聯(lián)連接點(diǎn)；第六開關(guān)管連接在第一橋臂上除其交流輸出節(jié)點(diǎn)之外的另一個(gè)串聯(lián)連接點(diǎn)與第二橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)之間；所述每個(gè)開關(guān)管均反向并聯(lián)一個(gè)二極管；控制電路，其用于向全橋電路中的各開關(guān)管發(fā)送控制信號(hào)，以使得在電網(wǎng)電流正半周和負(fù)半周，第一橋臂和第二橋臂的上半臂和下半臂中的開關(guān)管輪流導(dǎo)通和截止，并且在第一橋臂和第二橋臂上共有三個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通的情況下，所述三個(gè)開關(guān)管按照從輸入直流電源正極到負(fù)極的順序依次工作于高頻、工頻和與前述高頻同步的高頻，第六開關(guān)管截止；在第一橋臂和第二橋臂上共有兩個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通的情況下，所述兩個(gè)開關(guān)管同步工作于高頻，第六開關(guān)管與所述兩個(gè)開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通。優(yōu)選地，所述控制電路向以高頻方式工作的開關(guān)管發(fā)送的控制信號(hào)為高頻SPWM調(diào)制控制信號(hào)。優(yōu)選地，所述控制電路使第六開關(guān)管與以高頻方式工作的開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通的控制信號(hào)為與所述高頻SPWM調(diào)制控制信號(hào)互補(bǔ)的調(diào)制控制信號(hào)。優(yōu)選地，所述控制電路向以工頻方式工作的開關(guān)管發(fā)送的控制信號(hào)為正半周或負(fù)半周恒為高電平，而在另一半周恒為低電平的方波控制信號(hào)。相應(yīng)地，本發(fā)明提供一種非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法，所述光伏并網(wǎng)逆變器包括全橋電路，其包括連接在輸入直流電源正極與負(fù)極之間的第一橋臂和第二橋臂以及第六開關(guān)管，其中，第一橋臂包括三個(gè)串聯(lián)的開關(guān)管，第一橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)為所述三個(gè)開關(guān)管中相鄰兩個(gè)開關(guān)管的串聯(lián)連接點(diǎn)；第二橋臂包括兩個(gè)串聯(lián)的開關(guān)管，第二橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)為所述兩個(gè)開關(guān)管的串聯(lián)連接點(diǎn)；第六開關(guān)管連接在第一橋臂上除其交流輸出節(jié)點(diǎn)之外的另一個(gè)串聯(lián)連接點(diǎn)與第二橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)之間，所述每個(gè)開關(guān)管均反向并聯(lián)一個(gè)二極管，所述控制方法包括向全橋電路中的各開關(guān)管發(fā)送控制信號(hào)，以使得在電網(wǎng)電流正半周和負(fù)半周，第一橋臂和第二橋臂的上半臂和下半臂中的開關(guān)管輪流導(dǎo)通和截止，并且在第一橋臂和第二橋臂上共有三個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通的情況下，所述三個(gè)開關(guān)管按照從輸入直流電源正極到負(fù)極的順序依次工作于高頻、工頻和與前述高頻同步的高頻，第六開關(guān)管截止；在第一橋臂和第二橋臂上共有兩個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通的情況下，所述兩個(gè)開關(guān)管同步工作于高頻，第六開關(guān)管與所述兩個(gè)開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通。優(yōu)選地，所述向以高頻方式工作的開關(guān)管發(fā)送的控制信號(hào)為高頻SPWM調(diào)制控制信號(hào)。優(yōu)選地，所述使第六開關(guān)管與以高頻方式工作的開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通的控制信號(hào)為與所述高頻SPWM調(diào)制控制信號(hào)互補(bǔ)的調(diào)制控制信號(hào)。優(yōu)選地，所述向以工頻方式工作的開關(guān)管發(fā)送的控制信號(hào)為正半周或負(fù)半周恒為高電平，而在另一半周恒為低電平的方波控制信號(hào)。本發(fā)明通過控制全橋電路中各個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通和截止，以使續(xù)流回路與直流側(cè)斷開，從而有效抑制共模電流的產(chǎn)生。此外，在本發(fā)明所提供的光伏并網(wǎng)逆變器中，在電網(wǎng)電流的每半個(gè)周期內(nèi)均有3個(gè)開關(guān)管處于工作狀態(tài)，其中有2個(gè)開關(guān)管工作于高頻，另外一個(gè)處于工作狀態(tài)的開關(guān)管工作于工頻，或者以續(xù)流方式工作于高頻，這兩種工作方式的開關(guān)管的開關(guān)損耗均很小，基本上都可忽略，而且各開關(guān)管只工作于半個(gè)周期內(nèi)，所以正負(fù)半周開關(guān)管的工作基本上是對(duì)稱的，正負(fù)半周開關(guān)管的使用壽命也是對(duì)稱的，不存在哪一個(gè)開關(guān)管過度使用，從而提高了并網(wǎng)逆變器的可靠性。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)的H5拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的電路圖；圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施例的非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的電路圖；圖3是圖2所示并網(wǎng)逆變器中各開關(guān)管的控制信號(hào)時(shí)序圖；圖4是圖2所示并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)電流正半周的工作原理圖；圖5是圖2所示并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)電流正半周的續(xù)流回路的工作原理圖；圖6是圖2所示并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)電流負(fù)半周的工作原理圖；
圖7是圖2所示并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)電流負(fù)半周的續(xù)流回路的工作原理圖；圖8是本發(fā)明的第二實(shí)施例的非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的電路圖；圖9是圖8所示并網(wǎng)逆變器中各開關(guān)管的控制信號(hào)時(shí)序圖；圖10是本發(fā)明的第三實(shí)施例的非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的電路圖；圖11是圖10所示并網(wǎng)逆變器中各開關(guān)管的控制信號(hào)時(shí)序圖；圖12是本發(fā)明的第四實(shí)施例的非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的電路圖；圖13是圖12所示并網(wǎng)逆變器中各開關(guān)管的控制信號(hào)時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明光伏并網(wǎng)逆變器作進(jìn)一步詳細(xì)描述。總地來講，本發(fā)明所提供的光伏并網(wǎng)逆變器包括全橋電路和控制電路，其中，全橋電路根據(jù)控制電路發(fā)出的控制信號(hào)將光伏陣列產(chǎn)生的直流電壓轉(zhuǎn)換為滿足并網(wǎng)需要的正弦波電壓，同時(shí)該全橋電路本身的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可形成與直流側(cè)徹底斷開的續(xù)流回路，從而有效抑制共模電流的產(chǎn)生，而且開關(guān)功耗小且分配均勻。全橋電路包括連接在輸入直流電源(即，光伏陣列產(chǎn)生的直流電壓)的正極與負(fù)極之間的第一橋臂和第二橋臂以及第六開關(guān)管。其中，第一橋臂包括三個(gè)串聯(lián)的開關(guān)管，第一橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)為所述三個(gè)開關(guān)管中相鄰兩個(gè)開關(guān)管的串聯(lián)連接點(diǎn)。第二橋臂包括兩個(gè)串聯(lián)的開關(guān)管，第二橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)為所述兩個(gè)開關(guān)管的串聯(lián)連接點(diǎn)。第六開關(guān)管連接在第一橋臂上除其交流輸出節(jié)點(diǎn)之外的另一個(gè)串聯(lián)連接點(diǎn)與第二橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)之間。這里，所述每個(gè)開關(guān)管均反向并聯(lián)一個(gè)二極管。從上可看出，本發(fā)明的全橋電路中總共包括六個(gè)帶有反向并聯(lián)二極管的開關(guān)管，這六個(gè)開關(guān)管以不對(duì)稱的方式構(gòu)成全橋電路，因此，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可稱為非對(duì)稱H6拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?？刂齐娐酚糜谙蛉珮螂娐分械母鏖_關(guān)管發(fā)送控制信號(hào)，以使得在電網(wǎng)電流正半周和負(fù)半周，第一橋臂和第二橋臂的上半臂和下半臂中的開關(guān)管輪流導(dǎo)通和截止。由于本發(fā)明的全橋電路為非對(duì)稱H6拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此，在這種控制方式下，在電網(wǎng)電流的某一半周，第一橋臂和第二橋臂上必然共有三個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通，兩個(gè)橋臂上的其余兩個(gè)開關(guān)管截止，而在電網(wǎng)電流的另一半周，第一橋臂和第二橋臂上必然共有兩個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通，兩個(gè)橋臂上的其余三個(gè)開關(guān)管截止。在第一橋臂和第二橋臂上共有三個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通的情況下，所述三個(gè)開關(guān)管按照從輸入直流電源正極到負(fù)極的順序依次工作于高頻、工頻和與前述高頻同步的高頻，第六開關(guān)管截止。在第一橋臂和第二橋臂上共有兩個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通的情況下，所述兩個(gè)開關(guān)管同步工作于高頻，第六開關(guān)管與所述兩個(gè)開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通。這里，上半臂和下半臂是根據(jù)各橋臂上的交流輸出節(jié)點(diǎn)而劃分的，上半臂指的是從各橋臂與輸入直流電源正極的連接點(diǎn)到該橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)，下半臂指的是從各橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)到該橋臂與輸入直流電源負(fù)極的連接點(diǎn)。這里指出，在以上描述中，為便于統(tǒng)一描述，將其上設(shè)置有三個(gè)串聯(lián)的開關(guān)管的橋臂統(tǒng)稱為第一橋臂，將其上設(shè)置有兩個(gè)串聯(lián)的開關(guān)管的橋臂統(tǒng)稱為第二橋臂。也就是說，上述第一橋臂和第二橋臂并不限于某個(gè)特定的橋臂，不限于特指全橋電路中的左側(cè)橋臂，不也限于特指全橋電路的右側(cè)橋臂。而在以下實(shí)施例描述中，為說明不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之間的變化關(guān)系，第一橋臂特指全橋電路中的左側(cè)橋臂，第二橋臂特指全橋電路中的右側(cè)橋臂。(第一實(shí)施例) 圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施例的非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的電路圖。如圖2所示，本實(shí)施例的非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器由全橋電路和控制電路兩部分組成，其中，全橋電路由第一橋臂、第二橋臂和連接在第一橋臂和第二橋臂之間的一個(gè)開關(guān)管VT4構(gòu)成。第一橋臂由開關(guān)管VT1、VT2、VT3依次串聯(lián)組成，具體來講，開關(guān)管VTl的漏極與輸入直流電源Vin正極連接，其源極與開關(guān)管VT2的漏極連接；開關(guān)管VT2的源極與開關(guān)管VT3的漏極連接；開關(guān)管VT3的源極與輸入直流電源Vin負(fù)極連接。第二橋臂由兩個(gè)開關(guān)管VT5、VT6依次串聯(lián)組成，具體來講，開關(guān)管VT5的漏極與輸入直流電源Vin正極連接，其源極與開關(guān)管VT6的漏極連接；開關(guān)管VT6的源極與輸入直流電源Vin負(fù)極連接。在本實(shí)施例中，第一橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)a為開關(guān)管VT2和VT3的串聯(lián)連接點(diǎn)，第二橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)b為開關(guān)管VT5和VT6的串聯(lián)連接點(diǎn)。第一橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)a和第二橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)b分別連接輸出濾波電感LI和L2，輸出濾波電感LI和L2的輸出端與電網(wǎng)Grid相接。開關(guān)管VT4連接在第一橋臂和第二橋臂之間，具體來講，開關(guān)管VT4的漏極與第一橋臂中開關(guān)管VTl和開關(guān)管VT2的串聯(lián)連接點(diǎn)連接，開關(guān)管VT4的源極與第二橋臂中開關(guān)管VT5和開關(guān)管VT6的串聯(lián)連接點(diǎn)連接。這里，開關(guān)管VTI、VT2、VT3、VT4、VT5和VT6分別反向并聯(lián)一個(gè)二極管DI、D2、D3、D4、D5、D6。這六個(gè)開關(guān)管構(gòu)成非對(duì)稱H6拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。控制電路向全橋電路中的各開關(guān)管發(fā)出直接驅(qū)動(dòng)各開關(guān)管的導(dǎo)通和截止的控制信號(hào)，具體來講，控制電路發(fā)出的控制信號(hào)I、控制信號(hào)2、控制信號(hào)3、控制信號(hào)4、控制信號(hào)
5、控制信號(hào)6分別送入相應(yīng)的開關(guān)管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的柵極。圖3是圖2所示并網(wǎng)逆變器中各開關(guān)管的控制信號(hào)時(shí)序圖。如圖3所示，控制信號(hào)I和控制信號(hào)6在電網(wǎng)電流正半周(0 0. 5T期間)為相同的高頻雙極性SPWM驅(qū)動(dòng)波形，負(fù)半周(0.〖!' ！'期間)為低電平；控制信號(hào)2在電網(wǎng)電流正半周為高電平，負(fù)半周為低電平；控制信號(hào)3和控制信號(hào)5在電網(wǎng)電流正半周為低電平，負(fù)半周為相同的高頻雙極性SPWM驅(qū)動(dòng)波形；控制信號(hào)4在電網(wǎng)電流正半周為低電平，負(fù)半周為與高頻雙極性SPWM驅(qū)動(dòng)波形相互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)波形。這里指出，上述驅(qū)動(dòng)波形僅僅是示例性的，還可使用其它驅(qū)動(dòng)波形來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的控制方式。圖4是圖2所示并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)電流正半周的工作原理圖。在電網(wǎng)電流正半周，開關(guān)管VT1、VT2、VT6導(dǎo)通，開關(guān)管VT3、VT4、VT5截止，其中開關(guān)管VT2工作于工頻(50Hz)，開關(guān)管VTl和VT6同步工作于高頻。此時(shí)，電路中的電流方向如圖4中虛線所示，電流從輸入直流電源Vin的正極開始，依次流經(jīng)開關(guān)管VT1、VT2、電感LI、電網(wǎng)Grid、電感L2、開關(guān)管VT6，最后到輸入直流電源Vin的負(fù)極。圖5是圖2所示并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)電流正半周的續(xù)流回路的工作原理圖。在電網(wǎng)電流正半周，當(dāng)控制信號(hào)I和控制信號(hào)6為低電平、控制信號(hào)2為高電平時(shí)，開關(guān)管VT1、VT6截止、開關(guān)管VT2導(dǎo)通，此時(shí)，電路中的續(xù)流回路如圖5中虛線所示，電路中的電流依次通過開關(guān)管VT2、電感LI、電網(wǎng)Grid、電感L2、開關(guān)管VT4的反向并聯(lián)二極管D4形成續(xù)流回路，該續(xù)流回路與直流側(cè)斷開。圖6是圖2所示并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)電流負(fù)半周的工作原理圖。在電網(wǎng)電流負(fù)半周，開關(guān)管VT3、VT4、VT5導(dǎo)通，開關(guān)管VT1、VT2、VT6截止，其中，開關(guān)管VT3和VT5同步工作于 高頻，開關(guān)管VT4與開關(guān)管VT3和VT5互補(bǔ)導(dǎo)通。此時(shí)，電路中的電流方向如圖6中虛線所示，電流從輸入直流電源Vin的正極開始，依次流經(jīng)開關(guān)管VT5、電感L2、電網(wǎng)Grid、電感LI、開關(guān)管VT3，最后到輸入直流電源Vin的負(fù)極。圖7是圖2所示并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)電流負(fù)半周的續(xù)流回路的工作原理圖。在電網(wǎng)電流負(fù)半周，當(dāng)控制信號(hào)3和控制信號(hào)5為低電平、控制信號(hào)4為高電平時(shí)，開關(guān)管VT3、VT5截止、開關(guān)管VT4導(dǎo)通，此時(shí)，電路中的續(xù)流回路如圖7中虛線所示，電流依次通過電感L2、電網(wǎng)Grid、電感LI、開關(guān)管VT2的反向并聯(lián)二極管D2、開關(guān)管VT4形成續(xù)流回路，該續(xù)流回路與直流側(cè)斷開。本實(shí)施例中，在電網(wǎng)電流正半周，開關(guān)管VTI、VT6工作于高頻，開關(guān)管VT2工作于工頻，開關(guān)損耗主要集中在VTl、VT6中；在電網(wǎng)電流負(fù)半周，開關(guān)管VT3、VT5工作于高頻，開關(guān)管VT4以續(xù)流方式工作于高頻，因續(xù)流電流非常小，所以開關(guān)管VT4上的開關(guān)損耗很小，開關(guān)管損耗主要集中在VT3、VT5中。因此，從整個(gè)開關(guān)工作周期來看，本發(fā)明所提供的并網(wǎng)逆變器在每半個(gè)周期內(nèi)均有3個(gè)開關(guān)管處于工作狀態(tài)，其中，工作于高頻的開關(guān)管個(gè)數(shù)為2個(gè)，另外一個(gè)處于工作狀態(tài)的開關(guān)管工作于工頻，或者以續(xù)流方式工作于高頻，這兩種工作方式的開關(guān)損耗均很小，基本上可忽略，所以本發(fā)明所提供的并網(wǎng)逆變器在每個(gè)半周中的開關(guān)損耗基本相同(即，開關(guān)損耗分配均勻)，而且每個(gè)開關(guān)管只工作半個(gè)周期，開關(guān)管的工作基本上是對(duì)稱的，開關(guān)管的使用壽命也是對(duì)稱的，不存在哪一個(gè)開關(guān)管過度使用的問題，從而提高了并網(wǎng)逆變器的可靠性。(第二實(shí)施例)圖8是本發(fā)明的第二實(shí)施例的非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的電路圖。本實(shí)施例的光伏并網(wǎng)逆變器是在第一實(shí)施例的基礎(chǔ)上將開關(guān)管VT2從第一橋臂中移至第二橋臂中，并將其串聯(lián)在第二橋臂中的開關(guān)管VT5與開關(guān)管VT6之間，其中開關(guān)管VT2的漏極與開關(guān)管VT5的源極連接，開關(guān)管VT2的源極與開關(guān)管VT6的漏極連接，同時(shí)開關(guān)管VT4的漏極與源極調(diào)換位置，其反向并聯(lián)的二極管D4的陽(yáng)極和陰極也相應(yīng)地調(diào)換位置。其余器件不變。圖9是圖8所示并網(wǎng)逆變器中各開關(guān)管的控制信號(hào)時(shí)序圖。
在圖9所示的控制信號(hào)的控制下，在電網(wǎng)電流正半周，開關(guān)管VT1、VT4、VT6導(dǎo)通，開關(guān)管VT5、VT2、VT3截止，其中，開關(guān)管VTl和VT6同步工作于高頻，開關(guān)管VT4與開關(guān)管VTl和VT6互補(bǔ)導(dǎo)通。此時(shí)，電路中的電流從輸入直流電源Vin的正極開始，依次流經(jīng)開關(guān)管VT1、電感LI、電網(wǎng)Grid、電感L2、開關(guān)管VT6，最后到輸入直流電源Vin的負(fù)極。當(dāng)控制信號(hào)I和控制信號(hào)6為低電平、控制信號(hào)4為高電平時(shí)，開關(guān)管VT1、VT6截止、開關(guān)管VT4導(dǎo)通，此時(shí)，電路中的電流依次通過開關(guān)管VT4、電感LI、電網(wǎng)Grid、電感L2、開關(guān)管VT2的反向并聯(lián)二極管D2形成續(xù)流回路，該續(xù)流回路與直流側(cè)斷開。在電網(wǎng)電流負(fù)半周，開關(guān)管VT2、VT3、VT5導(dǎo)通，開關(guān)管VTI、VT4、VT6截止，其中，開關(guān)管VT3和VT5同步工作于高頻，開關(guān)管VT2工作于工頻。此時(shí)，電路中的電流從輸入直流電源Vin的正極開始，依次流經(jīng)開關(guān)管VT5、VT2、電感L2、電網(wǎng)Grid、電感LI、開關(guān)管VT3，最后到輸入直流電源Vin的負(fù)極。當(dāng)控制信號(hào)3和控制信號(hào)5為低電平、控制信號(hào)2為高電平時(shí)，開關(guān)管VT3、VT5截 止、開關(guān)管VT2導(dǎo)通，此時(shí)，電路中的電流依次通過電感L2、電網(wǎng)Grid、電感LI、開關(guān)管VT4的反向并聯(lián)二極管D4、開關(guān)管VT2形成續(xù)流回路，該續(xù)流回路與直流側(cè)斷開。本實(shí)施例中，在電網(wǎng)電流正半周，開關(guān)管VT1、VT6工作于高頻，開關(guān)管VT4以續(xù)流方式工作于高頻，因續(xù)流電流非常小，所以開關(guān)管VT4上的損耗很小，開關(guān)損耗主要集中在VTUVT6中；在電網(wǎng)電流負(fù)半周，開關(guān)管VT3、VT5工作于高頻，開關(guān)管VT2工作于工頻，開關(guān)損耗主要集中在VT3、VT5中。因此，從整個(gè)開關(guān)工作周期來看，本發(fā)明所提供的并網(wǎng)逆變器在正半周和負(fù)半周的開關(guān)損耗基本相同，而且每個(gè)開關(guān)只工作半個(gè)周期，開關(guān)管的工作基本上是對(duì)稱的，不存在哪一個(gè)開關(guān)管過度使用的問題，從而提高了并網(wǎng)逆變器的可靠性。(第三實(shí)施例)圖10是本發(fā)明的第三實(shí)施例的非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的電路圖。本實(shí)施例的光伏并網(wǎng)逆變器是在第一實(shí)施例的基礎(chǔ)上將開關(guān)管VT4與第一橋臂的連接點(diǎn)下移至開關(guān)管VT2與開關(guān)管VT3的串聯(lián)連接點(diǎn)處，而將第一橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)a上移至開關(guān)管VTl與開關(guān)管VT2的串聯(lián)連接點(diǎn)處，同時(shí)開關(guān)管VT4的漏極與源極調(diào)換位置，其反向并聯(lián)的二極管D4的陽(yáng)極和陰極也相應(yīng)地調(diào)換位置。其它器件不變。圖11是圖10所示并網(wǎng)逆變器中各開關(guān)管的控制信號(hào)時(shí)序圖。在圖11所示的控制信號(hào)的控制下，在電網(wǎng)電流正半周，開關(guān)管VT1、VT4、VT6導(dǎo)通，開關(guān)管VT5、VT2、VT3截止，其中，開關(guān)管VTl和VT6同步工作于高頻，開關(guān)管VT4與開關(guān)管VTl和VT6互補(bǔ)導(dǎo)通。此時(shí)，電路中的電流從輸入直流電源Vin的正極開始，依次流經(jīng)開關(guān)管VT1、電感LI、電網(wǎng)Grid、電感L2、開關(guān)管VT6，最后到輸入直流電源Vin的負(fù)極。當(dāng)控制信號(hào)I和控制信號(hào)6為低電平、控制信號(hào)4為高電平時(shí)，開關(guān)管VT1、VT6截止、開關(guān)管VT4導(dǎo)通，此時(shí)，電路中的電流依次通過開關(guān)管VT4、開關(guān)管VT2的反向并聯(lián)二極管D2、電感LI、電網(wǎng)Grid、電感L2形成續(xù)流回路，該續(xù)流回路與直流側(cè)斷開。在電網(wǎng)電流負(fù)半周，開關(guān)管VT2、VT3、VT5導(dǎo)通，開關(guān)管VTI、VT4、VT6截止，其中，開關(guān)管VT3和VT5同步工作于高頻，開關(guān)管VT2工作于工頻。此時(shí)，電路中的電流從輸入直流電源Vin的正極開始，依次流經(jīng)開關(guān)管VT5、電感L2、電網(wǎng)Grid、電感LI、開關(guān)管VT2、VT3，最后到輸入直流電源Vin的負(fù)極。當(dāng)控制信號(hào)3和控制信號(hào)5為低電平、控制信號(hào)2為高電平時(shí)，開關(guān)管VT3、VT5截止、開關(guān)管VT2導(dǎo)通，此時(shí)，電路中的電流依次通過電感L2、電網(wǎng)Grid、電感LI、開關(guān)管VT2、開關(guān)管VT4的反向并聯(lián)二極管D4形成續(xù)流回路，該續(xù)流回路與直流側(cè)斷開。本實(shí)施例中的開關(guān)損耗與第二實(shí)施例中的開關(guān)損耗相同。(第四實(shí)施例)圖12是本發(fā)明的第四實(shí)施例的非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的電路圖。本實(shí)施例的光伏并網(wǎng)逆變器是在第一實(shí)施例的基礎(chǔ)上將開關(guān)管VT2從第一橋臂中移至第二橋臂中，串聯(lián)在第二橋臂中的交流輸出節(jié)點(diǎn)b與開關(guān)管VT6之間，其中開關(guān)管VT2的漏極與濾波電感L2的一端連接，開關(guān)管VT2的源極與開關(guān)管VT6的漏極連接，同時(shí)將開關(guān)管VT4的源極移至開關(guān)管VT2與開關(guān)管VT6的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)處，其它器件不變。、圖13是圖12所示并網(wǎng)逆變器中各開關(guān)管的控制信號(hào)時(shí)序圖。在圖13所示的控制信號(hào)的控制下，在電網(wǎng)電流正半周，開關(guān)管VT1、VT2、VT6導(dǎo)通，開關(guān)管VT5、VT4、VT3截止，其中，開關(guān)管VTl和VT6同步工作于高頻，開關(guān)管VT2工作于工頻。此時(shí)，電路中的電流從輸入直流電源Vin的正極開始，依次流經(jīng)開關(guān)管VT1、電感LI、電網(wǎng)Grid、電感L2、開關(guān)管VT2、VT6，最后到輸入直流電源Vin的負(fù)極。當(dāng)控制信號(hào)I和控制信號(hào)6為低電平、控制信號(hào)2為高電平時(shí)，開關(guān)管VT1、VT6截止、開關(guān)管VT2導(dǎo)通，此時(shí)，電路中的電流依次通過開關(guān)管VT2、開關(guān)管VT4的反向并聯(lián)二極管D4、電感LI、電網(wǎng)Grid、電感L2形成續(xù)流回路，該續(xù)流回路與直流側(cè)斷開。在電網(wǎng)電流負(fù)半周，開關(guān)管VT3、VT4、VT5導(dǎo)通，開關(guān)管VT1、VT2、VT6截止，其中，開關(guān)管VT3和VT5同步工作于高頻，開關(guān)管VT4與開關(guān)管VT3和VT5互補(bǔ)導(dǎo)通。此時(shí)，電路中的電流從輸入直流電源Vin的正極開始，依次流經(jīng)開關(guān)管VT5、電感L2、電網(wǎng)Grid、電感LI、開關(guān)管VT3，最后到輸入直流電源Vin的負(fù)極。當(dāng)控制信號(hào)3和控制信號(hào)5為低電平、控制信號(hào)4為高電平時(shí)，開關(guān)管VT3、VT5截止、開關(guān)管VT4導(dǎo)通，此時(shí)，電路中的電流依次通過電感L2、電網(wǎng)Grid、電感LI、開關(guān)管VT4、開關(guān)管VT2的反向并聯(lián)二極管D2形成續(xù)流回路，該續(xù)流回路與直流側(cè)斷開。本實(shí)施例中的開關(guān)損耗與第一實(shí)施例中的開關(guān)損耗相同。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域之內(nèi)，所做的任何修改、變換、或改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器，包括 全橋電路，其包括連接在輸入直流電源正極與負(fù)極之間的第一橋臂和第二橋臂以及第六開關(guān)管，其中，第一橋臂包括三個(gè)串聯(lián)的開關(guān)管，第一橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)為所述三個(gè)開關(guān)管中相鄰兩個(gè)開關(guān)管的串聯(lián)連接點(diǎn)；第二橋臂包括兩個(gè)串聯(lián)的開關(guān)管，第二橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)為所述兩個(gè)開關(guān)管的串聯(lián)連接點(diǎn)；第六開關(guān)管連接在第一橋臂上除其交流輸出節(jié)點(diǎn)之外的另一個(gè)串聯(lián)連接點(diǎn)與第二橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)之間；所述每個(gè)開關(guān)管均反向并聯(lián)一個(gè)二極管； 控制電路，其用于向全橋電路中的各開關(guān)管發(fā)送控制信號(hào)，以使得在電網(wǎng)電流正半周和負(fù)半周，第一橋臂和第二橋臂的上半臂和下半臂中的開關(guān)管輪流導(dǎo)通和截止，并且在第一橋臂和第二橋臂上共有三個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通的情況下，所述三個(gè)開關(guān)管按照從輸入直流電源正極到負(fù)極的順序依次工作于高頻、工頻和與前述高頻同步的高頻，第六開關(guān)管截止；在第一橋臂和第二橋臂上共有兩個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通的情況下，所述兩個(gè)開關(guān)管同步工作于高頻，第六開關(guān)管與所述兩個(gè)開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述控制電路向以高頻方式 工作的開關(guān)管發(fā)送的控制信號(hào)為高頻SPWM調(diào)制控制信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述控制電路使第六開關(guān)管與以高頻方式工作的開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通的控制信號(hào)為與所述高頻SPWM調(diào)制控制信號(hào)互補(bǔ)的調(diào)制控制信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述控制電路向以工頻方式工作的開關(guān)管發(fā)送的控制信號(hào)為正半周或負(fù)半周恒為高電平，而在另一半周恒為低電平的方波控制信號(hào)。
5.一種非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法，所述光伏并網(wǎng)逆變器包括全橋電路，其包括連接在輸入直流電源正極與負(fù)極之間的第一橋臂和第二橋臂以及第六開關(guān)管，其中，第一橋臂包括三個(gè)串聯(lián)的開關(guān)管，第一橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)為所述三個(gè)開關(guān)管中相鄰兩個(gè)開關(guān)管的串聯(lián)連接點(diǎn)；第二橋臂包括兩個(gè)串聯(lián)的開關(guān)管，第二橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)為所述兩個(gè)開關(guān)管的串聯(lián)連接點(diǎn)；第六開關(guān)管連接在第一橋臂上除其交流輸出節(jié)點(diǎn)之外的另一個(gè)串聯(lián)連接點(diǎn)與第二橋臂的交流輸出節(jié)點(diǎn)之間，所述每個(gè)開關(guān)管均反向并聯(lián)一個(gè)二極管，所述控制方法包括 向全橋電路中的各開關(guān)管發(fā)送控制信號(hào)，以使得在電網(wǎng)電流正半周和負(fù)半周，第一橋臂和第二橋臂的上半臂和下半臂中的開關(guān)管輪流導(dǎo)通和截止，并且在第一橋臂和第二橋臂上共有三個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通的情況下，所述三個(gè)開關(guān)管按照從輸入直流電源正極到負(fù)極的順序依次工作于高頻、工頻和與前述高頻同步的高頻，第六開關(guān)管截止；在第一橋臂和第二橋臂上共有兩個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通的情況下，所述兩個(gè)開關(guān)管同步工作于高頻，第六開關(guān)管與所述兩個(gè)開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述向以高頻方式工作的開關(guān)管發(fā)送的控制信號(hào)為高頻SPWM調(diào)制控制信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述使第六開關(guān)管與以高頻方式工作的開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通的控制信號(hào)為與所述高頻SPWM調(diào)制控制信號(hào)互補(bǔ)的調(diào)制控制信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述向以工頻方式工作的開關(guān)管發(fā)送的控制信號(hào)為正半周或負(fù)半周恒為高電平，而在另一半 周恒為低電平的方波控制信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器，其包括全橋電路和控制電路，其中，全橋電路由六個(gè)開關(guān)管構(gòu)成非對(duì)稱H6拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，控制電路向全橋電路中的各開關(guān)管發(fā)送控制信號(hào)，以使得全橋電路將光伏陣列產(chǎn)生的直流電壓轉(zhuǎn)換為滿足并網(wǎng)需要的正弦波電壓。同時(shí)本發(fā)明的全橋電路本身的非對(duì)稱H6拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可形成與直流側(cè)徹底斷開的續(xù)流回路，從而有效抑制共模電流的產(chǎn)生，而且開關(guān)功耗小且分配均勻，提高了并網(wǎng)逆變器的可靠性。另外，本發(fā)明還提供相應(yīng)的控制方法。
文檔編號(hào)H02M7/5395GK102739098SQ20111009867
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者劉偉增, 劉小剛, 張新濤, 梁歡迎, 熊俊峰, 郭磊 申請(qǐng)人:特變電工新疆新能源股份有限公司, 特變電工西安電氣科技有限公司