本發(fā)明涉及逆變器領(lǐng)域，尤其是一種單相非隔離型電流源光伏并網(wǎng)逆變器及控制方法。

背景技術(shù)：

隔離型光伏逆變器由于變壓器的存在，使得逆變器成本提高，以及轉(zhuǎn)換效率降低，而非隔離型光伏逆變器具有成本低，體積小，效率高等特點(diǎn)，所以具有較高市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。但是，由于沒有變壓器的電氣隔離作用，光伏電池板和大地之間存在寄生電容，逆變器高頻開關(guān)動(dòng)作將導(dǎo)致較大的漏電流，從而引發(fā)并網(wǎng)電流畸變、電磁干擾等問題，還可能對(duì)人身安全構(gòu)成威脅，甚至危及生命，因此漏電流抑制問題是光伏逆變器并網(wǎng)運(yùn)行中的關(guān)鍵問題，具有重要研究意義。

目前國(guó)內(nèi)外研究人員大多針對(duì)電壓源型新拓?fù)湔归_探索，電壓源型拓?fù)渲绷鱾?cè)通常采用較大的電解電容穩(wěn)定直流母線電壓，而電解電容壽命一般只有幾千小時(shí)，因此電容的壽命直接決定了系統(tǒng)的使用壽命和可靠性。此外，電壓源型拓?fù)浯嬖跇虮壑蓖ǖ娘L(fēng)險(xiǎn)，橋臂直通將導(dǎo)致開關(guān)器件過流而燒毀，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的壽命和可靠性。因此，亟需新型電流源光伏逆變器及其漏電流抑制方法。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01610390268.x，名稱為：一種可抑制漏電流單相升降壓型光伏逆變器及其控制方法，該申請(qǐng)案提出一種電流源光伏逆變器及其漏電流抑制方法，通過合理控制開關(guān)管導(dǎo)通順序?qū)夥到y(tǒng)中的共模漏電流進(jìn)行控制，但是該拓?fù)湫枇鶄€(gè)開關(guān)管，提高了成本，并且增加了開關(guān)損耗。中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)文章《三相h7電流源光伏逆變器共模電流抑制研究》建立了電流源型逆變器共模模型，通過合理分配空間矢量和作用時(shí)間，減小共模電壓，從而減小系統(tǒng)漏電流。但此方法只適用于三相拓?fù)?，單相電流源逆變器?duì)漏電流的研究文章較少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種能夠有效抑制高頻共模電壓和漏電流的單相非隔離型電流源光伏并網(wǎng)逆變器及控制方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案：本發(fā)明所述第一種逆變器包括直流母線pv、第一開關(guān)管s1、第二開關(guān)管s2、第三開關(guān)管s3、第四開關(guān)管s4、第五開關(guān)管s5、第一電感l(wèi)dc1、第二電感l(wèi)dc2、濾波電容c；

直流母線pv一端與第一電感l(wèi)dc1一端連接，第一電感l(wèi)dc1另一端與“p”端相連，“p”端與第一開關(guān)管s1和第三開關(guān)管s3連接，第一開關(guān)管s1另一端和第二開關(guān)管s2連接于“a”點(diǎn)，第三開關(guān)管s3另一端和第四開關(guān)管s4連接于“b”點(diǎn)；

直流母線pv另一端與第二電感l(wèi)dc2一端連接，第二電感l(wèi)dc2另一端與“n”端相連，“n”端與第二開關(guān)管s2和第四開關(guān)管s4連接；

“a”點(diǎn)和第五開關(guān)管s5連接，第五開關(guān)管s5另一端分別與濾波電容c一端、電網(wǎng)vg正端連接；“b”點(diǎn)與電網(wǎng)vg負(fù)端連接于“o”點(diǎn)；濾波電容c另一端分別與“b”點(diǎn)、電網(wǎng)vg負(fù)端連接。

第一種單相非隔離型電流源光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法，包括以下步驟：

步驟1，正半周期，控制第一開關(guān)管s1、第四開關(guān)管s4、第五開關(guān)管s5導(dǎo)通，第二開關(guān)管s2、第三開關(guān)管s3關(guān)斷；輸出電流為正電平idc，系統(tǒng)共模電壓為0.5vg；當(dāng)控制第二開關(guān)管s2、第三開關(guān)管s3導(dǎo)通，且第一開關(guān)管s1、第四開關(guān)管s4、第五開關(guān)管s5關(guān)斷時(shí)，輸出電流為零電平0，系統(tǒng)共模電壓為0.5vg；

步驟2，負(fù)半周期，控制第二開關(guān)管s2、第三開關(guān)管s3、第五開關(guān)管s5導(dǎo)通，且第一開關(guān)管s1、第四開關(guān)管s4關(guān)斷，輸出電流為負(fù)電平－idc，系統(tǒng)共模電壓為0.5vg；當(dāng)控制第一開關(guān)管s1、第二開關(guān)管s2導(dǎo)通，且第三開關(guān)管s3、第四開關(guān)管s4、第五開關(guān)管s5關(guān)斷時(shí)，輸出電流為零電平0，系統(tǒng)共模電壓為0.5vg；

實(shí)現(xiàn)輸出電流三電平的同時(shí)，共模電壓中不存在高頻分量，有效減小系統(tǒng)漏電流。

本發(fā)明所述第二種單相非隔離型電流源光伏并網(wǎng)逆變器，所述逆變器包括直流母線pv、第一開關(guān)管s1、第二開關(guān)管s2、第三開關(guān)管s3、第四開關(guān)管s4、第五開關(guān)管s5、第一電感l(wèi)dc1、第二電感l(wèi)dc2、濾波電容c；

直流母線pv一端與第一電感l(wèi)dc1一端連接，第一電感l(wèi)dc1另一端與“p”端相連，“p”端與第一開關(guān)管s1和第三開關(guān)管s3連接，第一開關(guān)管s1另一端和第二開關(guān)管s2連接于“a”點(diǎn)，第三開關(guān)管s3另一端和第四開關(guān)管s4連接于“b”點(diǎn)；

直流母線pv另一端與第二電感l(wèi)dc2一端連接，第二電感l(wèi)dc2另一端與“n”端相連，“n”端與第二開關(guān)管s2和第四開關(guān)管s4連接；

“a”點(diǎn)分別與濾波電容c一端、電網(wǎng)vg正端連接；“b”點(diǎn)與第五開關(guān)管s5一端連接，第五開關(guān)管s5另一端與電網(wǎng)vg負(fù)端連接于“o”點(diǎn)；濾波電容c另一端分別與第五開關(guān)管s5另一端、電網(wǎng)vg負(fù)端連接。

第二種單相非隔離型電流源光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法，包括以下步驟：

步驟1，正半周期，控制第一開關(guān)管s1、第四開關(guān)管s4、第五開關(guān)管s5導(dǎo)通，第二開關(guān)管s2、第三開關(guān)管s3關(guān)斷；輸出電流為正電平idc，系統(tǒng)共模電壓為0.5vg；當(dāng)控制第三開關(guān)管s3、第四開關(guān)管s4導(dǎo)通，且第一開關(guān)管s1、第二開關(guān)管s2、第五開關(guān)管s5關(guān)斷時(shí)，輸出電流為零電平0，系統(tǒng)共模電壓為0.5vg；

步驟2，負(fù)半周期，控制第二開關(guān)管s2、第三開關(guān)管s3、第五開關(guān)管s5導(dǎo)通，且第一開關(guān)管s1、第四開關(guān)管s4關(guān)斷，輸出電流為負(fù)電平－idc，系統(tǒng)共模電壓為0.5vg；當(dāng)控制第三開關(guān)管s3、第四開關(guān)管s4導(dǎo)通，且第一開關(guān)管s1、第二開關(guān)管s2、第五開關(guān)管s5關(guān)斷時(shí)，輸出電流為零電平0，系統(tǒng)共模電壓為0.5vg；

實(shí)現(xiàn)輸出電流三電平的同時(shí)，共模電壓中不存在高頻分量，有效減小系統(tǒng)漏電流。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、直流側(cè)不采用電解電容，延長(zhǎng)了光伏逆變器的使用壽命，提高系統(tǒng)的可靠性。

2、使系統(tǒng)高頻共模電壓得到有效抑制，使其只含有低頻分量，從而達(dá)到抑制漏電流目的。

3、控制方法原理簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一種電路形式原理圖。

圖2為單相非隔離型電流源光伏并網(wǎng)逆變器共模模型。

圖3為本發(fā)明第一種電路形式工作模式1。

圖4為本發(fā)明第一種電路形式工作模式2。

圖5為本發(fā)明第一種電路形式工作模式3。

圖6為本發(fā)明第二種電路形式原理圖。

圖7為本發(fā)明第二種電路形式工作模式1。

圖8為本發(fā)明第二種電路形式工作模式2。

圖9為本發(fā)明第二種電路形式工作模式3。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

如圖1所示，可以看到：本發(fā)明的一種單相非隔離型電流源光伏并網(wǎng)逆變器的第一種電路形式，包括直流母線pv、第一開關(guān)管s1、第二開關(guān)管s2、第三開關(guān)管s3、第四開關(guān)管s4、第五開關(guān)管s5、第一電感l(wèi)dc1、第二電感l(wèi)dc2、濾波電容c；

直流母線pv一端與第一電感l(wèi)dc1一端連接，第一電感l(wèi)dc1另一端與“p”端相連，“p”端與第一開關(guān)管s1和第三開關(guān)管s3連接，第一開關(guān)管s1另一端和第二開關(guān)管s2連接于“a”點(diǎn)，第三開關(guān)管s3另一端和第四開關(guān)管s4連接于“b”點(diǎn)；

直流母線pv另一端與第二電感l(wèi)dc2一端連接，第二電感l(wèi)dc2另一端與“n”端相連，“n”端與第二開關(guān)管s2和第四開關(guān)管s4連接；

“a”點(diǎn)和第五開關(guān)管s5連接，第五開關(guān)管s5另一端分別與濾波電容c一端、電網(wǎng)vg正端連接；“b”點(diǎn)與電網(wǎng)vg負(fù)端連接于“o”點(diǎn)；濾波電容c另一端分別與“b”點(diǎn)、電網(wǎng)vg負(fù)端連接。

通過適當(dāng)控制，保證并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓同頻同相，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)運(yùn)行。

第一種單相非隔離型電流源光伏并網(wǎng)逆變器的控制步驟如下：

步驟1，正半周期，控制第一開關(guān)管s1、第四開關(guān)管s4、第五開關(guān)管s5導(dǎo)通，第二開關(guān)管s2、第三開關(guān)管s3關(guān)斷；輸出電流為正電平idc，系統(tǒng)共模電壓為0.5vg；當(dāng)控制第二開關(guān)管s2、第三開關(guān)管s3導(dǎo)通，且第一開關(guān)管s1、第四開關(guān)管s4、第五開關(guān)管s5關(guān)斷時(shí)，輸出電流為零電平0，系統(tǒng)共模電壓為0.5vg；

步驟2，負(fù)半周期，控制第二開關(guān)管s2、第三開關(guān)管s3、第五開關(guān)管s5導(dǎo)通，且第一開關(guān)管s1、第四開關(guān)管s4關(guān)斷，輸出電流為負(fù)電平－idc，系統(tǒng)共模電壓為0.5vg；當(dāng)控制第一開關(guān)管s1、第二開關(guān)管s2導(dǎo)通，且第三開關(guān)管s3、第四開關(guān)管s4、第五開關(guān)管s5關(guān)斷時(shí)，輸出電流為零電平0，系統(tǒng)共模電壓為0.5vg；

實(shí)現(xiàn)輸出電流三電平的同時(shí)，共模電壓中不存在高頻分量，有效減小系統(tǒng)漏電流。

如圖2所示，可以看到：假設(shè)直流側(cè)電感l(wèi)dc1與ldc2相同，cpv為光伏系統(tǒng)對(duì)地寄生電容，系統(tǒng)共模電壓定義為vcm＝(vpo+vno)/2，激勵(lì)源(vpo+vno)/2是漏電流產(chǎn)生的根源，如果共模電壓激勵(lì)源呈高頻變化，則共?；芈分袑⒊霈F(xiàn)高頻共模漏電流，相反，如果共模電壓激勵(lì)源不含有高頻分量，則漏電流得到抑制。

圖3、圖4和圖5分別為本發(fā)明第一種電路形式的三種工作模式。表1為3種工作模式對(duì)應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)和輸出電流i及共模電壓vcm之間的關(guān)系，1代表開關(guān)管導(dǎo)通，0代表開關(guān)管關(guān)斷。

表1不同工作模式下共模電壓對(duì)照表(第一種電路形式)

如圖6所示，本發(fā)明的第二種電路形式，包括直流母線pv、第一開關(guān)管s1、第二開關(guān)管s2、第三開關(guān)管s3、第四開關(guān)管s4、第五開關(guān)管s5、第一電感l(wèi)dc1、第二電感l(wèi)dc2、濾波電容c；

直流母線pv一端與第一電感l(wèi)dc1一端連接，第一電感l(wèi)dc1另一端與“p”端相連，“p”端與第一開關(guān)管s1和第三開關(guān)管s3連接，第一開關(guān)管s1另一端和第二開關(guān)管s2連接于“a”點(diǎn)，第三開關(guān)管s3另一端和第四開關(guān)管s4連接于“b”點(diǎn)；

直流母線pv另一端與第二電感l(wèi)dc2一端連接，第二電感l(wèi)dc2另一端與“n”端相連，“n”端與第二開關(guān)管s2和第四開關(guān)管s4連接；

“a”點(diǎn)分別與濾波電容c一端、電網(wǎng)vg正端連接；“b”點(diǎn)與第五開關(guān)管s5一端連接，第五開關(guān)管s5另一端與電網(wǎng)vg負(fù)端連接于“o”點(diǎn)；濾波電容c另一端分別與第五開關(guān)管s5另一端、電網(wǎng)vg負(fù)端連接。通過適當(dāng)控制，保證并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓同頻同相，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)運(yùn)行。

第二種單相非隔離型電流源光伏并網(wǎng)逆變器的控制步驟如下：步驟1，正半周期，控制第一開關(guān)管s1、第四開關(guān)管s4、第五開關(guān)管s5導(dǎo)通，第二開關(guān)管s2、第三開關(guān)管s3關(guān)斷；輸出電流為正電平idc，系統(tǒng)共模電壓為0.5vg；當(dāng)控制第三開關(guān)管s3、第四開關(guān)管s4導(dǎo)通，且第一開關(guān)管s1、第二開關(guān)管s2、第五開關(guān)管s5關(guān)斷時(shí)，輸出電流為零電平0，系統(tǒng)共模電壓為0.5vg；

步驟2，負(fù)半周期，控制第二開關(guān)管s2、第三開關(guān)管s3、第五開關(guān)管s5導(dǎo)通，且第一開關(guān)管s1、第四開關(guān)管s4關(guān)斷，輸出電流為負(fù)電平－idc，系統(tǒng)共模電壓為0.5vg；當(dāng)控制第三開關(guān)管s3、第四開關(guān)管s4導(dǎo)通，且第一開關(guān)管s1、第二開關(guān)管s2、第五開關(guān)管s5關(guān)斷時(shí)，輸出電流為零電平0，系統(tǒng)共模電壓為0.5vg；

實(shí)現(xiàn)輸出電流三電平的同時(shí)，共模電壓中不存在高頻分量，有效減小系統(tǒng)漏電流。

圖6中本發(fā)明的一種單相非隔離型電流源光伏并網(wǎng)逆變器的第二種電路形式共模模型為圖2所示，與本發(fā)明的一種單相非隔離型電流源光伏并網(wǎng)逆變器的第一種電路形式共模模型相同。

圖7、圖8和圖9分別為本發(fā)明第二種電路形式的三種工作模式。表2為3種工作模式對(duì)應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)和輸出電流i及共模電壓vcm之間的關(guān)系，1代表開關(guān)管導(dǎo)通，0代表開關(guān)管關(guān)斷。

表2不同工作模式下共模電壓對(duì)照表(第二種電路形式)

綜上，通過本專利提出的控制方法，可以實(shí)現(xiàn)輸出電流三電平的同時(shí)，共模電壓中不存在高頻分量，因此可以有效減小系統(tǒng)漏電流。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。