[发明专利]一种非隔离型单相光伏并网逆变器及其开关控制时序

说明书

技术领域

本发明涉及一种非隔离光伏并网逆变器及其开关控制时序，属于高效并网逆变器拓扑技术领域。

背景技术

非隔离型光伏并网逆变器拥有效率高、体积小、重量轻和成本低等优势。但由于电池板对地寄生电容的存在，使得并网逆变器开关器件的开关动作可能产生高频时变电压作用在寄生电容之上，由此诱发的漏电流可能超出允许范围。高频漏电流的产生会带来传导和辐射干扰、进网电流谐波及损耗的增加，甚至危及设备和人员安全。

双极性SPWM全桥并网逆变器可以有效消除漏电流，能直接用于非隔离应用场合，但其差模特性较差，滤波电感电流脉动量大，存在能量回馈直流侧阶段，效率较低。单极性SPWM全桥并网逆变器的差模特性优良，如输入直流电压利用率高和滤波电感电流脉动量小等受到广泛关注。但同时产生了开关频率脉动的共模电压（其幅值为输入直流电压），使得在光伏并网应用场合需要加入变压器隔离（低频或高频），但高频脉动的共模电压对变压器的绝缘强度构成威胁，进一步增加了制作成本；半桥型（两电平和散电平）逆变器结构虽然可以有效消除共模电压，但直流侧电压利用率低，仅为全桥型逆变器结构的一半。为了去掉单极性SPWM全桥并网逆变器中的隔离变压器，专利EP1369985A2（简称Heric拓扑）提出在全桥电路的桥臂中点间（交流侧）加入双向可控开关组构造新的续流回路；专利US7411802B2（简称H5拓扑）在电池侧正端引入一支高频开关，同样可以实现续流阶段太阳能电池端与电网脱离。但根据全桥电路高频共模等效模型，为了消除单极性SPWM调制产生的高频共模电压，必须使续流阶段的续流回路电位箝位在太阳能电池输入电压的一半，这样才能使共模电压完全消除，而并非简单的使电池板与电网脱离。专利CN101814856A（已完成实质性审查和修回，待批准）在专利US7411802B2的基础上加入箝位支路可将续流阶段的续流回路电位箝位在太阳能电池输入电压的一半，大幅降低开关频率漏电流，但是由于引入的单向开关引起了漏电流正负半周不对称。

增加了均压电容平衡电路的负担，另外，与专利US7411802B2一样，在功率传输阶段电流需要流经三只功率管，增加了导通损耗。也有其它一些文献提出了一些改进拓扑，要么在续流回路电位箝位上达到最优，却增加了导通损耗；要么在保证导通损耗最优的情况下降低了续流回路电位箝位的性能。到目前还未见在共模性能（漏电流消除）和差模性能（导通损耗最小、效率最高）两方面均达到最优的方案提出。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述缺陷，提供一种在共模性能和差模性能均最优的非隔离光伏并网逆变器及其开关控制时序。

为实现上述目的，本发明所述非隔离光伏并网逆变器可采用如下技术方案：

一种非隔离光伏并网逆变器，包括分压电容支路、全桥基本单元、箝位支路和续流支路；

所述分压电容支路由第一分压电容、第二分压电容组成；所述全桥基本单元由第一功率开关管和第一功率二极管的并联组合、第二功率开关管和第二功率二极管的并联组合、第三功率开关管和第三功率二极管并联组合、第四功率开关管和第四功率二极管并联组合组成；所述箝位支路由第七功率二极管、第八功率二极管组成；续流支路由第五功率开关管和第五功率二极管的串联组合、第六功率开关管和第六功率二极管的串联组合组成；

所述第一分压电容的正端分别连接太阳能电池正输出端、第一功率开关管和第三功率开关管的集电极、第一功率二极管和第三功率开关管的阴极；所述第一分压电容的负端分别连接第二分压电容的正端、第七功率二极管的阴极和第八功率二极管的阳极；所述第二分压电容的负端分别连接太阳能电池负输出端、第二功率开关管的发射极和第四功率开关管的发射极、第二功率二极管和第四功率二极管的阳极；

所述第一功率开关管的发射极分别连接第二功率开关管的集电极、第一功率二极管的阳极和第二功率二极管的阴极，以及连接第五功率开关管的集电极、第六功率开关管的发射极和进网滤波器的一端；

所述第三功率开关管的发射极分别连接第四功率开关管的集电极、第三功率二极管的阳极和第四功率二极管的阴极，以及第五功率二极管的阴极、第六功率二极管的阳极和进网滤波器的一端；

所述第七功率二极管的阳极分别连接第五功率开关管的发射极、第五功率二极管的阳极；所述第八功率二极管的阴极分别连接第六功率开关管的集电极、第六功率二极管的阴极。

根据本发明所述的非隔离光伏并网逆变器的一个方面：所述第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管和第六功率开关管为全控型器件。