[发明专利]一种单相非隔离型光伏并网逆变器

说明书

技术领域

本发明属于电力电子变换领域，涉及由直流功率输入到交流功率输出的逆变器控制技术，具体说是一种单相非隔离型光伏并网逆变器及其控制方法。

背景技术

太阳能发电是能源有效利用的重要手段之一，自从1954年第一块实用光伏电池问世以来，光伏发电技术取得了长足的进步。据国际能源机构IEA统计数据显示，1992—2010年之间，光伏发电系统容量呈逐年递增趋势，并网型光伏系统增长趋势较快，是目前广泛采用的发电方式。为了实现光伏系统并网运行，需要通过电力电子装置进行功率变换，其中，逆变器作为光伏系统和电网之间的接口，起着至关重要的作用。通过逆变器的控制不仅可以保证光伏并网系统高质量地向电网输送功率，而且在电网发生故障时还可以实现有效的孤岛保护。

传统的并网逆变器系统输出端一般安装工频隔离变压器，以实现电压调整和电气隔离，在保证安全的同时可以有效地减小光伏发电系统可能产生的漏电流。但是，由于工频隔离变压器体积大、成本高、损耗大，影响系统整机效率。因此，无工频隔离变压器的并网逆变器系统成为目前研究的热点。

虽然去掉工频变压器可以使光伏并网系统整体效率得到一定改善，但却带来一些新的问题，比如漏电流现象。漏电流的本质为共模电流，其产生原因是光伏系统和大地之间存在寄生电容，当寄生电容–光伏系统–电网三者之间形成回路时，共模电压将在寄生电容上产生共模电流。当光伏系统中安装有工频变压器时，由于回路中变压器绕组间寄生电容阻抗相对较大，因此回路中共模电压产生的共模电流可以得到一定抑制。然而在无变压器的光伏系统中，回路阻抗相对较小，共模电压将在光伏系统和大地之间的寄生电容上形成较大的共模电流，即漏电流。漏电流可能引发并网电流畸变、电磁干扰，甚至还可能对人身安全构成威胁。

单相全桥逆变器SPWM调制方法一般可分为双极性调制和单极性调制。采用单极性调制的单相全桥光伏并网逆变器具有输出电压纹波小、效率高等特点，但该方案存在较大漏电流；采用双极性调制虽可以抑制漏电流，但输出电压纹波和开关损耗比单极性调制大，从而导致滤波电感大、系统效率低。目前解决漏电流的方案主要是通过改进逆变器的拓扑结构，包括直流侧接地法、直流旁路法和交流旁路法等。

直流侧接地法：该方法一般采用半桥电路，将直流侧两个电容中点接地，使得光伏系统对地寄生电容两端电压维持在直流侧电压的1/2，从而达到抑制漏电流的目的。但该方案要求直流侧电压较高，一般是全桥电路的2倍，需要较高耐压的开关器件，增加了系统成本。

直流旁路法和交流旁路法：此类方法的核心思想是在单相全桥电路的基础上进行改进的，通过加入辅助开关实现单极性调制的同时，保持系统共模电压恒定，从而达到抑制漏电流的目的。

美国2006年的7046534号专利提出在单相全桥电路交流侧加入辅助开关构成续流回路，在实现单极性调制的同时保证共模电压恒定。美国2005年的0286281号专利提出在直流侧引入辅助开关，在实现单极性调制的同时保证共模电压恒定。然而，此类基于全桥电路改进的拓扑存在的主要问题是：由于上述电路结构源于全桥电路，因此同一桥臂不能直通，否则会出现过电流。而在实际应用中，由于电路外部或内部干扰，有可能导致同一桥臂开关驱动误动作而引起桥臂直通产生过电流，从而影响系统的可靠性。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述存在的技术问题。为实现上述目的，本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：

一种单相非隔离型光伏并网逆变器，是由光伏电池阵列模块、六个可控开关管和两个电感组成，直流母线的“+”端分别与可控开关管S₁的集电极和可控开关管S₂的集电极相连接，可控开关管S₁的发射极与可控开关S₃的集电极和可控开关管S₅的集电极相连接；直流母线的“-”端分别与可控开关管S₅的发射极和可控开关管S₆的发射极相连接，可控开关管S₆的集电极与可控开关管S₄的集电极和可控开关管S₂的发射极相连接；可控开关管S₃的发射极和可控开关管S₄的发射极相连接，电感L₁的一端与可控开关管S₅的集电极相连接，另一端与电网的“+”端相连接，电感L₂的一端与可控开关管S₆的集电极相连接，另一端与电网的“-”端相连接。