專利名稱：無(wú)變壓器的并網(wǎng)逆變電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)變壓器的并網(wǎng)逆變電路。
背景技術(shù)：
光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，由于光伏面板和地之間存在寄生電容，在光伏并網(wǎng)發(fā)電的過(guò)程中會(huì)有共模電流產(chǎn)生，增加了電磁輻射和安全隱患，為了設(shè)法抑制這種共模電流產(chǎn)生，主要有兩種解決途徑一、采用工頻或者高頻變壓器的隔離型光伏并網(wǎng)逆變器，這樣能使市電和太陽(yáng)能電池板系統(tǒng)有電氣隔離，能避免電池板對(duì)大地之間產(chǎn)生的漏電流。二、采用能有效抑制共模電流大小的非隔離并網(wǎng)拓?fù)?。但是，采用變壓器隔離的逆變電路存在以下缺點(diǎn)若采用工頻變壓器，體積大、重量重且價(jià)格貴。若采用高頻變壓器，功率變換電路將被分成幾級(jí)。控制比較復(fù)雜，效率比較低。而一般的非隔離逆變拓?fù)浯嬖趲讉€(gè)方面的缺陷一 .傳統(tǒng)的單相全橋逆變器，如果采用雙極性調(diào)制，雖然電磁干擾小，但是逆變器的轉(zhuǎn)換效率低，二 .傳統(tǒng)的單相全橋逆變器，如果采用單極性調(diào)制，則電磁干擾嚴(yán)重，共模電流較大。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述光伏并網(wǎng)發(fā)電過(guò)程中抑制共模電流產(chǎn)生所采用的技術(shù)方案存在的不足， 本發(fā)明提供一種無(wú)變壓器的并網(wǎng)逆變電路，該電路不僅極大地降低了共模電流，并且有效提高了工作效率。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是一種無(wú)變壓器的并網(wǎng)逆變電路，所述電路包括與直流輸入電源連接的高頻調(diào)制模塊、與市電連接的輸出模塊以及分別與高頻調(diào)制模塊和輸出模塊連接的低頻續(xù)流模塊，其中所述的高頻調(diào)制模塊具有四個(gè)高頻開關(guān)管，所述的低頻續(xù)流模塊具有兩個(gè)低頻開關(guān)管和兩個(gè)二極管，所述的輸出模塊由兩個(gè)電感值相同的電感構(gòu)成，并且該兩個(gè)電感分別連接在市電的零線和火線端。所述的兩個(gè)二極管是快速恢復(fù)二極管，該兩個(gè)二極管與所述的兩個(gè)低頻開關(guān)管配合一起參與高頻開關(guān)管關(guān)斷時(shí)候的續(xù)流。當(dāng)所述的四個(gè)高頻開關(guān)管和兩個(gè)低頻開關(guān)管分別采用絕緣柵雙極晶體管(IGBT) 時(shí)，其中第一高頻開關(guān)管的集電極和第四高頻開關(guān)管的集電極分別連接到直流輸入電源的正極，第二高頻開關(guān)管的發(fā)射極和第三高頻開關(guān)管的發(fā)射極分別連接到直流輸入電源的負(fù)極，第四高頻開關(guān)管的發(fā)射極和第三高頻開關(guān)管的集電極連接；
第一低頻開關(guān)管的集電極與第一二極管的陰極連接的同時(shí)與第一高頻開關(guān)管的發(fā)射極連接，第二低頻開關(guān)管的發(fā)射極與第二二極管的陽(yáng)極連接的同時(shí)與第二高頻開關(guān)管的集電極連接，第一低頻開關(guān)管的發(fā)射極連接到第二低頻開關(guān)管的集電極，第二二極管的陰極連接到第一二極管的陽(yáng)極；分別連接在市電的零線和火線端的兩個(gè)電感中的一個(gè)電感未與市電連接的一端連接到第一低頻開關(guān)管的發(fā)射極和第二低頻開關(guān)管的集電極相連接端，另一個(gè)電感未與市電連接的一端連接到第一二極管的陽(yáng)極和第二二極管的陰極相連接端。當(dāng)所述的四個(gè)高頻開關(guān)管和兩個(gè)低頻開關(guān)管分別采用功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET)時(shí)，其中第一高頻開關(guān)管的漏極和第四高頻開關(guān)管的漏極分別連接到直流輸入電源的正極，第二高頻開關(guān)管的源極和第三高頻開關(guān)管的源極分別連接到直流輸入電源的負(fù)極，第四高頻開關(guān)管的源極和第三高頻開關(guān)管的漏極連接；第一低頻開關(guān)管的漏極與第一二極管的陰極連接的同時(shí)與第一高頻開關(guān)管的源極連接，第二低頻開關(guān)管的源極與第二二極管的陽(yáng)極連接的同時(shí)與第二高頻開關(guān)管的漏極連接，第一低頻開關(guān)管的源極連接到第二低頻開關(guān)管的漏極，第二二極管的陰極連接到第一二極管的陽(yáng)極；分別連接在市電的零線和火線端的兩個(gè)電感中的一個(gè)電感未與市電連接的一端連接到第一低頻開關(guān)管的源極和第二低頻開關(guān)管的漏極相連接端，另一個(gè)電感未與市電連接的一端連接到第一二極管的陽(yáng)極和第二二極管的陰極相連接端。上述本發(fā)明技術(shù)方案中所涉及的高頻開關(guān)管、低頻開關(guān)管以及二極管的電壓應(yīng)力要求均為輸入直流電壓的最高值。如直流輸入電壓范圍為200V-500V，則所涉及的各個(gè)高頻開關(guān)管、低頻開關(guān)管以及二極管應(yīng)選擇500V的。上述本發(fā)明電路中的高頻調(diào)制模塊主要完成SPWM調(diào)制，低頻續(xù)流模塊主要完成市電正負(fù)半周切換，電感電流續(xù)流的任務(wù)。而所述的低頻續(xù)流模塊必須包含連接在高頻調(diào)制模塊之間，也就是說(shuō)從直流電源輸入能量的流動(dòng)過(guò)程為高頻調(diào)制模塊一低頻續(xù)流模塊 —輸出模塊一高頻調(diào)制模塊，或者為高頻調(diào)制模塊一輸出模塊一低頻續(xù)流模塊一高頻調(diào)制模塊。本發(fā)明提出了一種逆變拓?fù)?，能使得直流輸入電源的正端和?fù)端電壓對(duì)地電壓呈現(xiàn)低頻波動(dòng)，極大的減少共模電流，并且提高工作效率。本發(fā)明通過(guò)改進(jìn)普通全橋和其相應(yīng)的調(diào)制方式來(lái)完成改善電磁干擾，達(dá)到提高效率的目的。在高頻調(diào)制模塊導(dǎo)通的時(shí)候，根據(jù)等效疊加原理，直流輸入電源輸出負(fù)端對(duì)地(GND)的電壓為一半直流電源輸入電壓加一半低頻市電電壓，考慮到直流電壓不變，所以直流輸入電源的負(fù)端對(duì)地的波動(dòng)電壓為一半低頻市電電壓。而在高頻調(diào)制模塊關(guān)閉的時(shí)候，電流在低頻續(xù)流模塊和輸出模塊、市電之間續(xù)流，而低頻管電位此時(shí)被鉗位至一半直流電源輸入電壓，所以直流輸入電壓負(fù)端對(duì)地的等效電壓也只有一半直流電源輸入電壓加一半低頻市電電壓，這樣有效的減少了共模電壓的波動(dòng)幅值，從而也減少了共模電流的大小，相對(duì)全橋雙極性調(diào)制來(lái)講。則電感具有較少的電流紋波，同時(shí)減少了開關(guān)損耗，提高了效率。其核心思想在于正常傳遞能量的時(shí)候，采用單極性SPWM調(diào)制，而當(dāng)續(xù)流的時(shí)候，則斷開直流端和交流端的連接，消除電磁干擾。相對(duì)普通的雙極性調(diào)制單相全橋逆變電路而言，本電路效率高。而相對(duì)于普通單極性調(diào)制單相全橋逆變電路而言，本電路電磁兼容好。


圖1是本發(fā)明電路原理框圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例1電路原理圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例1電路正半周導(dǎo)通時(shí)的電流流向示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例1電路正半周期關(guān)斷時(shí)候的電流續(xù)流示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例1電路負(fù)半周導(dǎo)通期間的電流流向圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例1電路負(fù)半周關(guān)斷時(shí)候的續(xù)流示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例1電路波形時(shí)序示意圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例2電路原理圖。
具體實(shí)施例方式下面參照

本發(fā)明的實(shí)施例，以使本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠容易實(shí)施本發(fā)明。本發(fā)明的實(shí)施例電路包括直流輸入電源連接的高頻調(diào)制模塊、與市電連接的輸出模塊以及分別與高頻調(diào)制模塊和輸出模塊連接的低頻續(xù)流模塊，下述實(shí)施例中直流輸入電源為太陽(yáng)能電池輸入電源，圖1示出了該電路的原理框圖，高頻調(diào)制模塊由四個(gè)高頻開關(guān)管即第一高頻開關(guān)管Si、第二高頻開關(guān)管S4、第三高頻開關(guān)管S5以及第四高頻開關(guān)管S6 構(gòu)成，低頻續(xù)流模塊由兩個(gè)低頻開關(guān)管即第一低頻開關(guān)管S2、第二低頻開關(guān)管S3和兩個(gè)二極管即第一二極管D1、第二二極管D2構(gòu)成，輸出模塊由兩個(gè)電感值相同的電感L1、L2構(gòu)成， 并且該兩個(gè)電感Ll、L2分別連接在市電的火線和零線端。本發(fā)明中構(gòu)成高頻調(diào)制模塊的高頻開關(guān)管Si、S4、S5、S6和構(gòu)成低頻調(diào)制模塊的低頻開關(guān)管S2、S3均可以采用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)或者功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)， 而二極管Dl和D2應(yīng)是快速恢復(fù)二極管，并且本實(shí)施例技術(shù)方案中所涉及的高頻開關(guān)管、低頻開關(guān)管以及二極管的電壓應(yīng)力要求均為太陽(yáng)能電池輸入電壓的最高值。以下分別就各開關(guān)管S1、S2、S3、S4、S5、S6采用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)或功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)為例說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1 四個(gè)高頻開關(guān)管Si、S4、S5、S6和四個(gè)低頻開關(guān)管S2、S3分別采用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，其電路原理如圖2所示，其中開關(guān)管Sl的集電極和開關(guān)管S6的集電極分別連接到太陽(yáng)能電池輸入電源的正極，開關(guān)管S4的發(fā)射極和開關(guān)管S5的發(fā)射極分別連接到太陽(yáng)能電池輸入電源的負(fù)極，開關(guān)管S6的發(fā)射極和開關(guān)管S5的集電極連接；由低頻開關(guān)管 S2、S3和二極管Dl、D2構(gòu)成的低頻續(xù)流模塊包含連接在高頻調(diào)制模塊之間，即其中開關(guān)管 S2的集電極和二極管Dl的陰極連接的同時(shí)與開關(guān)管Sl的發(fā)射極連接，開關(guān)管S3的發(fā)射極和二極管D2的陽(yáng)極連接的同時(shí)與開關(guān)管S4的集電極連接，開關(guān)管S2的發(fā)射極連接到開關(guān)管S3的集電極，二極管D2的陰極連接到二極管Dl的陽(yáng)極；構(gòu)成輸出模塊的兩個(gè)電感Li、 L2的電感值相同，電感Li、L2的參數(shù)取值應(yīng)符合行業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知，這里不作特別說(shuō)明。其中電感Ll連接在市電的火線端，電感Ll未與市電連接的一端連接到開關(guān)管S2的發(fā)射極和開關(guān)管S3的集電極相連接端，另一個(gè)電感L2連接在市電的零線端，電感L2未與市電連接的一端連接到二極管Dl的陽(yáng)極和二極管D2的陰極相連接端。 高頻調(diào)制模塊主要完成SPWM調(diào)制，低頻續(xù)流模塊主要完成市電正負(fù)半周切換、電流換向的任務(wù)。其工作原理為當(dāng)正半周期導(dǎo)通時(shí)候，太陽(yáng)能電池輸入負(fù)端對(duì)地(GND)的電壓根據(jù)等效原理為1/2太陽(yáng)能電池輸入電壓加上1/2市電電壓，而當(dāng)關(guān)斷續(xù)流的時(shí)候，假設(shè)此時(shí)處于正半周期，因?yàn)殚_關(guān)管Sl和開關(guān)管S5關(guān)斷，阻斷了太陽(yáng)能電池輸入電流和市電之間的電氣連接，開關(guān)管S5和開關(guān)管S6平分太陽(yáng)能電池輸入電源電壓，所以此時(shí)太陽(yáng)能電池輸入負(fù)端對(duì)地的電壓仍然保持為1/2太陽(yáng)能電池輸入電壓加上1/2市電電壓。又因?yàn)樘?yáng)能電池電壓的波動(dòng)較少，所以這樣太陽(yáng)能電池輸入電源電壓對(duì)地的電壓波動(dòng)只會(huì)有低頻的一半市電波動(dòng)存在，使得寄生電容上的漏電流非常小。圖3為本實(shí)施例1電路的正半周導(dǎo)通時(shí)候的電流流向圖，電流依次流過(guò)S1，S2，L1， 市電，L2，最后由S5流入太陽(yáng)能電池的負(fù)端。圖3中，市電零線(N線)對(duì)太陽(yáng)能電池負(fù)端電壓為太陽(yáng)能輸入電壓的一半加一半市電電壓，原理為根據(jù)等效定理，一個(gè)直流電壓源和一個(gè)交流電壓源，當(dāng)計(jì)算直流電壓的時(shí)候，等效市電短路，所以Li，L2各分一半直流電壓， 計(jì)算交流電壓時(shí)，同樣等效直流電壓短路。L1，L2各分一半交流電壓，所以地對(duì)太陽(yáng)能電池負(fù)端呈現(xiàn)1/2太陽(yáng)能電池輸入電壓加1/2市電電壓。圖4為本實(shí)施例1電路的正半周期關(guān)斷時(shí)續(xù)流的電流流向圖，此時(shí)Sl和S5關(guān)斷， 電流通過(guò)Ll，市電，L2，二極管Dl和S2流回電感Ll。圖5為本實(shí)施例電路的負(fù)半周期導(dǎo)通時(shí)候的電流流向圖，電流依次流過(guò)S6，L2，市電，Ll，S3，最后由S4流入太陽(yáng)能電池輸入的負(fù)端。圖6為本實(shí)施例1電路的負(fù)半周期關(guān)斷時(shí)續(xù)流的電流流向圖，此時(shí)S4和S6關(guān)斷， 電流通過(guò)L2，市電，Li，S3和二極管D2流回電感L2。圖7為本實(shí)施例1電路的各個(gè)開關(guān)管的開關(guān)時(shí)序示意圖，上面為六個(gè)開關(guān)管的開關(guān)驅(qū)動(dòng)波形圖，下面一個(gè)波形圖為輸出的電流波形圖。實(shí)施例2 四個(gè)高頻開關(guān)管Si、S4、S5、S6和低頻開關(guān)管S2、S3分別采用功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET)，其電路原理如圖8所示，其中開關(guān)管Sl的漏極和開關(guān)管S6的漏極分別連接到太陽(yáng)能電池輸入電源的正極，開關(guān)管S4的源極和開關(guān)管S5的源極分別連接到太陽(yáng)能電池輸入電源的負(fù)極，開關(guān)管S6的源極和開關(guān)管S5的漏極連接。開關(guān)管S2的漏極與二極管Dl的陰極連接的同時(shí)與開關(guān)管Sl的源極連接，開關(guān)管 S3的源極與二極管D2的陽(yáng)極連接的同時(shí)與開關(guān)管S4的漏極連接，開關(guān)管S2的源極連接到開關(guān)管S3的漏極，二極管D2的陰極連接到二極管Dl的陽(yáng)極；構(gòu)成輸出模塊的兩個(gè)電感Li、L2的電感值相同，其中電感Ll連接在市電的火線端，電感Ll未與市電連接的一端連接到開關(guān)管S2的源極和開關(guān)管S3的漏極相連接端，另一個(gè)電感L2連接在市電的零線端，電感L2未與市電連接的一端連接到二極管Dl的陽(yáng)極和二極管D2的陰極相連接端。同樣的，電感Li、L2的參數(shù)取值應(yīng)符合行業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知，這里也不作特別說(shuō)明。本實(shí)施例2電路與上述實(shí)施例1中開關(guān)管采用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的電路可以等效替換，其作用原理以及積極效果與實(shí)施例1是一樣的，在此不再贅述。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)變壓器的并網(wǎng)逆變電路，其特征在于所述電路包括與直流輸入電源連接的高頻調(diào)制模塊、與市電連接的輸出模塊以及分別與高頻調(diào)制模塊和輸出模塊連接的低頻續(xù)流模塊，其中所述的高頻調(diào)制模塊具有四個(gè)高頻開關(guān)管(Si)、(S4)、(S5), (S6)，所述的低頻續(xù)流模塊具有兩個(gè)低頻開關(guān)管(S》、(S3)和兩個(gè)二極管(Dl)、(D2)，所述的輸出模塊由兩個(gè)電感值相同的電感構(gòu)成，并且該兩個(gè)電感分別連接在市電的零線和火線端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)變壓器的并網(wǎng)逆變電路，其特征在于所述的兩個(gè)二極管是快速恢復(fù)二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)變壓器的并網(wǎng)逆變電路，其特征在于當(dāng)所述的四個(gè)高頻開關(guān)管(Si)、(S4)、(S5)、(S6)和兩個(gè)低頻開關(guān)管(S2)、(S3)分別采用絕緣柵雙極晶體管時(shí)，其中第一高頻開關(guān)管(Si)的集電極和第四高頻開關(guān)管(S6)的集電極分別連接到直流輸入電源的正極，第二高頻開關(guān)管(S4)的發(fā)射極和第三高頻開關(guān)管(S5)的發(fā)射極分別連接到直流輸入電源的負(fù)極，第四高頻開關(guān)管(S6)的發(fā)射極和第三高頻開關(guān)管(SO的集電極連接；第一低頻開關(guān)管(S》的集電極與第一二極管(Dl)的陰極連接的同時(shí)與第一高頻開關(guān)管(Si)的發(fā)射極連接，第二低頻開關(guān)管(S； )的發(fā)射極與第二二極管(擬)的陽(yáng)極連接的同時(shí)與第二高頻開關(guān)管(S4)的集電極連接，第一低頻開關(guān)管(S》的發(fā)射極連接到第二低頻開關(guān)管(S3)的集電極，第二二極管(D2)的陰極連接到第一二極管(Dl)的陽(yáng)極；分別連接在市電的零線和火線端的兩個(gè)電感中的一個(gè)電感(Li)未與市電連接的一端連接到第一低頻開關(guān)管(S》的發(fā)射極和第二低頻開關(guān)管(S； )的集電極相連接端，另一個(gè)電感(U)未與市電連接的一端連接到第一二極管(Dl)的陽(yáng)極和第二二極管(擬)的陰極相連接端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)變壓器的并網(wǎng)逆變電路，其特征在于當(dāng)所述的四個(gè)高頻開關(guān)管(Si)、(S4)、(S5)、(S6)和兩個(gè)低頻開關(guān)管(S2)、(S3)分別采用功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，其中第一高頻開關(guān)管(Si)的漏極和第四高頻開關(guān)管(S6)的漏極分別連接到直流輸入電源的正極，第二高頻開關(guān)管(S4)的源極和第三高頻開關(guān)管(SO的源極分別連接到直流輸入電源的負(fù)極，第四高頻開關(guān)管(S6)的源極和第三高頻開關(guān)管(SO的漏極連接；第一低頻開關(guān)管(S》的漏極與第一二極管(Dl)的陰極連接的同時(shí)與第一高頻開關(guān)管 (Si)的源極連接，第二低頻開關(guān)管(S； )的源極與第二二極管(擬)的陽(yáng)極連接的同時(shí)與第二高頻開關(guān)管(S4)的漏極連接，第一低頻開關(guān)管(S》的源極連接到第二低頻開關(guān)管(S3) 的漏極，第二二極管(擬)的陰極連接到第一二極管(Dl)的陽(yáng)極；分別連接在市電的零線和火線端的兩個(gè)電感中的一個(gè)電感(Li)未與市電連接的一端連接到第一低頻開關(guān)管(S》的源極和第二低頻開關(guān)管(S； )的漏極相連接端，另一個(gè)電感 (L2)未與市電連接的一端連接到第一二極管(Dl)的陽(yáng)極和第二二極管(擬)的陰極相連接端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無(wú)變壓器的并網(wǎng)逆變電路，所述電路包括與直流輸入電源連接的高頻調(diào)制模塊、與市電連接的輸出模塊以及分別與高頻調(diào)制模塊和輸出模塊連接的低頻續(xù)流模塊，其中所述的高頻調(diào)制模塊具有四個(gè)高頻開關(guān)管，所述的低頻續(xù)流模塊具有兩個(gè)低頻開關(guān)管和兩個(gè)二極管，所述的輸出模塊由兩個(gè)電感值相同的電感構(gòu)成，并且該兩個(gè)電感分別連接在市電的零線和火線端。本發(fā)明提出了一種逆變拓?fù)?，能使得直流輸入電源的正端和?fù)端電壓對(duì)地電壓呈現(xiàn)低頻波動(dòng)，極大的減少共模電流，并且提高工作效率。相對(duì)普通的雙極性調(diào)制單相全橋逆變電路而言，本電路效率高。而相對(duì)于普通單極性調(diào)制單相全橋逆變電路而言，本電路電磁兼容好。
文檔編號(hào)H02M7/5387GK102231606SQ201110164880
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月18日
發(fā)明者李曉鋒 申請(qǐng)人:江蘇艾索新能源股份有限公司