[发明专利]一种电压混合钳位的无变压器型单相光伏逆变器

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种电压混合钳位的无变压器型单相光伏逆变器。

背景技术

如今，能源枯竭与环境污染问题日益严重，各种新能源的开发利用愈来愈受到重视。太阳能作为当前最为清洁、最有大规模开发利用前景的可再生能源之一，其光伏利用受到了世界各国的普遍关注。而太阳能光伏发电是太阳能光伏利用的主要发展趋势，在未来将得到越来越迅速的发展。

逆变器作为光伏发电系统中最末一级或唯一一级能量变换装置，其效率与安全性能将直接影响整个系统的性能和投资。根据逆变器中的变压器配置情况，可以将现有的逆变器分为带工频变压器型逆变器、带高频变压器型逆变器和无变压器型逆变器。带工频变压器或高频变压器的逆变器均可以实现升压和隔离的功能，但是带工频变压器型逆变器存在体积和重量变大、价格高且安装不便的问题；带高频变压器型逆变器虽然体积和重量大大减小，但多级式的结构导致系统结构复杂，整体效率降低。而无变压器型逆变器由于其系统结构简单、效率高、体积小、成本低等优点，得到了越来越多的重视。

在无变压器型光伏并网系统中，由于失去了变压器的电气隔离，光伏电池阵列与大地之间的寄生电容、光伏并网逆变器以及大地之间就会形成如图1所示共模回路。资料显示，晶硅光伏电池的平板结构与大地之间存在寄生电容约为50-150nF/kWp，其容值远大于功率器件的对地寄生电容。因此，如果系统的共模电压中存在高频脉动，那么共模回路中就会产生较大的共模漏电流。该共模漏电流不仅会引起严重的EMI问题，同时还会降低并网电流品质，并且给光伏电池维护人员的人身安全带来隐患。因此，在无变压器型并网逆变器中，必须解决高频共模电流问题。

在现有已公开的技术中，半桥逆变电路和中点钳位电路将电网的一端直接钳位至直流母线电压的中点，使得光伏电池的寄生电容两端电压恒定，从而抑制了共模电流的产生。但是上述两种方案中所需要的直流母线电压是普通全桥所需母线电压的两倍，因此，在直流输入电压较低的场合下，这两种方案必须通过升压电路升压来提升母线电压。前级升压电路的使用不仅增加了系统的成本，同时也降低了逆变器的整体转换效率。

公开号为EP2086102A2的欧洲专利公开了一种高效的无共模电流型拓扑结构(HERIC)，该方案所需输入电压为半桥型逆变电路的一半，因此在很多场合下，无需额外的升压电路对母线进行升压。该方案在普通全桥拓扑的基础上，在交流侧增加了两个开关器件。在直流侧向交流侧传输能量阶段，该电路的工作与全桥单极性电路相同，系统的共模电压为输入电压的一半；在交流侧电感续流阶段，HERIC结构的交流侧开关管导通，保证了系统输出零电平的同时，实现了直流侧与交流侧的解耦，此时系统的共模电压在理想情况下保持在输入电压的一半。因此，该电路的共模电压不存在高频扰动，进而抑制了系统的共模漏电流。但在实际工况下，由于直流侧与交流侧电路解耦时，交流侧的电压相对于直流侧处于悬浮状态，而并非恒定在直流输入电压的一半，考虑电路中的寄生参数：如开关管输出结电容，引线电感等分布参数等，上述参数与共模回路中的电感、电容发生高频谐振，引起系统的共模回路中的高频共模电流。因此，该技术无法实现高频共模电流的完全消除。

公开号为EP1626494A2的欧洲专利公开了另一种具有漏电流抑制能力的H5拓扑结构，该结构在全桥电路的直流侧增加了功率开关，从而确保并网电感续流阶段的直流侧与交流侧的解耦。该电路与HERIC电路类似，无法完全消除共模漏电流。此外，其电路结构不对称，5个开关晶体管工作时长不相等，导致开关器件发热不均衡，器件散热设计要求较高；在能量传递阶段，有三个功率器件处于导通状态(HERIC拓扑中为2个)，降低了逆变器的整体效率。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种电压混合钳位的无变压器型单相光伏逆变器，能够有效消除高频共模电流且转换效率高。

一种电压混合钳位的无变压器型单相光伏逆变器，包括：

储能分压单元，用于对输入的光伏直流电压进行储能并分压；

功率逆变单元，用于将所述的光伏直流电压转换为三电平直流电压；

混合钳位单元，用于在功率逆变单元输出零电平时，对逆变器交流侧进行续流，并将续流中点电压钳位至光伏直流电压的二分之一；

滤波单元，用于对所述的三电平直流电压进行低通滤波，从而输出正弦交流电压。