非隔離并網(wǎng)變換器、空調(diào)系統(tǒng)及變換器控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高效并網(wǎng)變換器領域，尤其涉及一種非隔離并網(wǎng)變換器、包含有該非隔離并網(wǎng)變換器的空調(diào)系統(tǒng)、以及該非隔離并網(wǎng)變換器的控制方法。
【背景技術】
[0002]光伏空調(diào)因節(jié)能、環(huán)保、高效性能等原因而得到越來越多的應用。目前，光伏空調(diào)并網(wǎng)環(huán)節(jié)主要采用隔離變壓器和無隔離變壓器的非隔離結構來實現(xiàn)光伏電池向電網(wǎng)的電能傳遞。
[0003]采用隔離變壓器的光伏空調(diào)系統(tǒng)成本高、重量重、體積大，轉(zhuǎn)換效率低等缺點?，F(xiàn)有的采用無隔離變壓器的非隔離結構的光伏空調(diào)系統(tǒng)結構復雜、成本高、控制方法繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個目的是提出一種采用雙向AC/DC變換器來實現(xiàn)整流、功率因數(shù)校正及并網(wǎng)功能的非隔離并網(wǎng)變換器。
[0005]本發(fā)明的另一個目的是提出一種包含有上述非隔離并網(wǎng)變換器的空調(diào)系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的又一個目的是提出一種實現(xiàn)低漏電流、高進網(wǎng)電流質(zhì)量的非隔離并網(wǎng)變換器的控制方法。
[0007]為達此目的，一方面，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0008]一種非隔離并網(wǎng)變換器，所述變換器至少包括整流逆變單元，具有整流、逆變雙向功能；整流逆變單元包括相串聯(lián)的第一電容Cw和第二電容Cm，相串聯(lián)的第三開關管S3、第四開關管S4、第五開關管S5和第六開關管S 6;在第一電容C &和第二電容C &之間形成節(jié)點1、在所述第三開關管S3和第四開關管S4之間形成節(jié)點g、在所述第四開關管S4和第五開關管S5之間形成節(jié)點a、在所述第五開關管S 5和第六開關管S 6之間形成節(jié)點h，在節(jié)點g和節(jié)點h之間串聯(lián)有第三鉗位二極管D3和第四鉗位二極管D 4，在第三鉗位二極管隊和第四鉗位二極管D4之間形成節(jié)點b，節(jié)點b連接至節(jié)點i ;節(jié)點a和節(jié)點b之間串聯(lián)有第二電感L2和電網(wǎng)電源；其中，第一電容Cm的負極分別連接至所述第二開關管32的發(fā)射極、低電平、第六開關管&的發(fā)射極；第一電容C &的正極連接至第二電容C &的負極；第二電容Cdc2的正極分別連接至所述第二續(xù)流二極管D2的陰極、所述輸出端、所述第三開關管S3的集電極；所述第三開關管&的發(fā)射極分別連接至所述第三鉗位二極管D3的陰極和所述第四開關管&的集電極；所述第四開關管S 4的發(fā)射極分別連接至所述第二電感L 2和所述第五開關管&的集電極；所述第五開關管S 5的發(fā)射極分別連接至第四鉗位二極管D 4的陽極和所述第六開關管S6的集電極。
[0009]特別是，所述第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4、第五開關管SjP /或第六開關管S 6分別由一個IGBT和一個續(xù)流二極管組成；每個續(xù)流二極管的陽極連接至相應IGBT的發(fā)射極，每個續(xù)流二極管的陰極連接至相應IGBT的集電極。
[0010]另一方面，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0011]—種空調(diào)系統(tǒng)，包括空調(diào)單元、蓄電池組件、電容支路、交錯開關單元和上述的非隔離并網(wǎng)變換器；其中，所述空調(diào)單元至少包括負載空調(diào)；所述負載空調(diào)的第一端接地，第二端連接至所述非隔離并網(wǎng)變換器的輸出端；所述電容支路和所述交錯開關單元為整體結構；所述蓄電池組件包括蓄電池、蓄電池電容Cbat、第三電感L3、第七開關管S7、第八開關管S8和輸出電容C d。;蓄電池電容C bat的正極分別連接至蓄電池的正極和第三電感L 3的第一端，蓄電池電容Cbat的負極分別連接至蓄電池的負極和所述第七開關管S 7的發(fā)射極、所述輸出電容Cd。的負極、以及低電平；第三電感L 3的第二端分別連接至所述第七開關管S 7的集電極和所述第八開關管&的發(fā)射極；所述第八開關管58的集電極分別連接至所述輸出電容Cd。的正極、所述空調(diào)單元的第二端、以及所述非隔離并網(wǎng)變換器的輸出端。
[0012]特別是，所述第七開關管S7和第八開關管S s分別由一個IGBT和一個續(xù)流二極管組成；每個續(xù)流二極管的陽極連接至相應IGBT的發(fā)射極，每個續(xù)流二極管的陰極連接至相應IGBT的集電極。
[0013]特別是，所述電容支路包括濾波電容Cpv;所述濾波電容Cpv的正極連接至太陽能電池的正極，負極連接至太陽能電池的負極。
[0014]特別是，所述交錯開關單元用于直流變換和最大功率跟蹤；所述交錯開關單元包括相串聯(lián)的第一續(xù)流二極管D1和第一開關管S 1、以及相串聯(lián)的第二開關管S2和第二續(xù)流二極管D2,所述第一續(xù)流二極管D1和第一開關管S i之間形成節(jié)點e，第二開關管S 2和第二續(xù)流二極管D2之間形成節(jié)點f，節(jié)點e和節(jié)點f之間連接有第一電感L U其中，第一續(xù)流二極管01的陽極分別連接至所述濾波電容Cpv的負極、所述太陽能電池的負極、所述第二開關管S2的發(fā)射極、以及低電平；第一開關管S i的集電極分別連接至所述濾波電容C pv的正極、所述太陽能電池的正極、所述第二續(xù)流二極管D2的陰極、以及輸出端。
[0015]再一方面，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0016]—種基于上述的非隔離并網(wǎng)變換器的控制方法，所述控制方法包括整流模式，當交流輸入電網(wǎng)電壓處于正半周期時第四開關管&持續(xù)導通，當?shù)谌_關管S3導通時交流側(cè)電壓Uab= U &/2，線電流給第二電容Cde2充電、且充電電流逐漸減??；當?shù)谖彘_關管S5導通時交流側(cè)電壓Uab= 0，線電流線性增加、且直流側(cè)的第一電容C -和所述第二電容C &同時放電；當交流輸入電網(wǎng)電壓處于負半周期時第五開關管S5持續(xù)導通，當?shù)谒拈_關管S 4導通時交流側(cè)電壓Uab= O ;當?shù)诹_關管S 6導通時交流側(cè)電壓U ab= -U dc/20
[0017]特別是，所述控制方法包括逆變模式，當?shù)谌_關管S3和第四開關管S 4同時導通時所述非隔離并網(wǎng)變換器輸出正電壓，當?shù)谒拈_關管S4和第五開關管S5同時導通時所述非隔離并網(wǎng)變換器輸出零電壓，當?shù)谖彘_關管S5和第六開關管S6同時導通時所述非隔離并網(wǎng)變換器輸出負電壓。
[0018]本發(fā)明非隔離并網(wǎng)變換器至少包括整流逆變單元，采用雙向AC/DC變換器來實現(xiàn)整流、PFC(功率因數(shù)校正)及并網(wǎng)功能，取消了隔離變壓器、減少了器件數(shù)量，結構更緊湊、體積小、轉(zhuǎn)換效率更高。
[0019]本發(fā)明空調(diào)系統(tǒng)包括上述非隔離并網(wǎng)變換器，系統(tǒng)體積小、生產(chǎn)成本低，能效更尚O
[0020]本發(fā)明非隔離并網(wǎng)變換器的控制方法包括整流模式和逆變模式，實現(xiàn)低漏電流、高進網(wǎng)電流質(zhì)量，整流可以提高耐壓等級，降低交流諧波電壓、電流，提高功率因數(shù)。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例一提供的非隔離并網(wǎng)變換器的電路示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例一提供的共模電流通路的電路示意圖；
[0023]圖3至圖5是本發(fā)明優(yōu)選實施例一提供的雙向AC/DC三電平整流的三種有效開關狀態(tài)不意圖；
[0024]圖6至圖8是本發(fā)明優(yōu)選實施例一提供的雙向AC/DC三電平逆變的三種有效開關狀態(tài)不意圖；
[0025]圖9是本發(fā)明優(yōu)選實施例一提供的空調(diào)系統(tǒng)的電路示意圖。
[0026]圖中標記為:
[0027]1、電容支路；2、交錯開關單元；3、整流逆變單元；4、空調(diào)單元；5、非隔離并網(wǎng)變換器；41、蓄電池組件；42、負載空調(diào)。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發(fā)明的技術方案。
[0029]優(yōu)選實施例一:
[0030]本優(yōu)選實施例公開一種非隔離并網(wǎng)變換器，如圖1所示，變換器至少包括整流逆變單元3，具有整流、逆變雙向功能。
[0031 ] 整流逆變單元3包括相串聯(lián)的第一電容Cm和第二電容C dc2,相串聯(lián)的第三開關管S3、第四開關管S4、第五開關管S5和第六開關管S 6;在第一電容C ^和第二電容C ^之間形成節(jié)點1、在第三開關管S3和第四開關管S4之間形成節(jié)點g、在第四開關管S4和第五開關管S5之間形成節(jié)點a、在第五開關管S 5和第六開關管S 6之間形成節(jié)點h ;在節(jié)點g和節(jié)點h之間串聯(lián)有第三鉗位二極管D3和第四鉗位二極管D 4，用于保證開關管關斷時僅承受輸入電壓的一半。在第三鉗位二極管D3和第四鉗位二極管D 4之間形成節(jié)點b，節(jié)點b連接至節(jié)點i ;節(jié)點a和節(jié)點b之間串聯(lián)有第二電感L2和電網(wǎng)電源。
[0032]其中，第一電容Cu的負極分別連接至第二開關管S2的發(fā)射極、低電平、第六開關管36的發(fā)射極；第一電容Cdel的正極連接至第二電容Cde2的負極；第二電容Cde2的正極分別連接至第二續(xù)流二極管D2的陰極、輸出端、第三開關管S 3的集電極；第三開關管S 3的發(fā)射極分別連接至第三鉗位二極管D3的陰極和第四開關管S 4的集電極；第四開關管S 4的發(fā)射極分別連接至第二電感L2和第五開關管S 5的集電極；第五開關管S 5的發(fā)射極分別連接至第四鉗位二極管D4的陽極和第六開關管S6的集電極。
[0033]如圖2所示，采用非隔離變換器5的結構會導致電池板和電網(wǎng)之間存在電氣連接，在電池板和地之間產(chǎn)生寄生電容，在回路中產(chǎn)生的共模電流，即漏電流。在本發(fā)明中，基于箝位二極管的三電平變換器拓撲結構具有彌補由無隔離變壓器帶來的漏電流和進網(wǎng)直流分量問題，可以實現(xiàn)如單極性SPffM全橋變換器一樣的差模輸出電壓、開關器件電壓應力低；即，采用半橋三電平結構替代原先全橋逆變結構。此外，采用雙向AC/DC三電平變換器實現(xiàn)并網(wǎng)、整流彌補傳統(tǒng)拓撲結構中的電路結構復雜及功率密度低等不足。
[0034]第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4、第五開關管&和/或第六開關管S6分別由一個IGBT和一個續(xù)流二極管組成；每個續(xù)流二極管的陽極連接至相應IGBT的發(fā)射極，每個續(xù)流二極管的陰極連接至相應IGBT的集電極。
[0035]基于上述非隔離并網(wǎng)變換器的控制方法包括整流模式，當交流輸入電網(wǎng)電壓處于正半周期時第四開關管S4持續(xù)導通。如圖3中粗線條所示，當?shù)谌_關管S3導通時交流側(cè)電壓Uab= U ,。/2，線電流給第二電容Q2充電、且充電電流逐漸減??；如圖4中粗線條所示，當?shù)谖彘_關管S5導通時交流側(cè)電壓Uab= 0，線電流線性增加、且直流側(cè)的第一電容C dcl和第二電容Cm同時放電。當交流輸入電網(wǎng)電壓處于負半周期時第五開關管S 5持續(xù)導通，如圖4中粗線條所示，當?shù)谒拈_關管S4導通時交流側(cè)電壓Uab= O ;如圖5中粗線條所示，當?shù)诹_關管S6導通時交流側(cè)電壓U ab= -U dc/20
[0036]控制方法包括逆變模式，如圖6中粗線條所示，當?shù)谌_關管S3和第四開關管S 4同時導通時非隔離并網(wǎng)變換器5輸出正電壓；如圖7中粗線條所示，當?shù)谒拈_關管S4和第五開關管&同時導通時非隔離并網(wǎng)變換器5輸出零電壓；如圖8中