一种新型低漏电流HERIC非隔离单相光伏并网逆变器

一种新型低漏电流heric非隔离单相光伏并网逆变器
技术领域：
1.本发明涉及单相电能变换领域，具体设计一种新型低漏电流heric非隔离单相光伏并网逆变器。

背景技术：

2.能源是现代社会不可或缺的物质，它的开发和利用推动着社会的发展和进步，传统化石能源有着污染严重、资源短缺的问题，其消耗过程中会产生大量的灰尘和污染物，中国不断加大力度构建绿社会，因此可再生能源的大规模开发和利用成为能源行业关注的热点。太阳能作为当代的绿可再生能源，关于太阳能的开发利用有着十分广阔的前景。
3.随着分布式发电的发展，传统的非隔离拓扑结构由于没有变压器的隔离，体积小、成本低的非隔离型光伏并网逆变器成为研究热点。但单极性pwm下全桥结构会产生高频脉动的共模电压，当共模电压作用到寄生电容时，产生的漏电流会降低光伏系统效率和安全性。传统的半桥逆变器具有功率器件少、控制简单等优点，但其直流电压利用率低，且桥臂存在直通的风险。目前，随着相关领域的专家对光伏系统漏电流研究的深入，各种抑制漏电流的拓扑结构应运而生。其中包括带中点钳位的改进型拓扑和增加交流旁路以改变续流通路的电路拓扑，两者都可降低逆变器的损耗和漏电流，但前者的钳位开关管大多工作在高频工作状态下，无疑增加了系统的开关损耗，后者增加了电路元件，增大了体积。

技术实现要素：

4.为了改善光伏并网逆变器效率低、功率密度低、可靠性低、功率因数低的特点，本发明提出了一种新型低漏电流heric非隔离单相光伏并网逆变器，与传统的单相逆变器相比可大大提高电路的转换效率，应用范围广，并且采用调制波反向单极性倍频调制的方式，可在开关损耗不变的条件下使得电路输出的的等效开关频率增加一倍，且有效减小了谐波分量。
5.本发明采取的技术方案为：
6.一种新型低漏电流heric非隔离单相光伏并网逆变器，包括四个mosfet所构成的逆变桥、滤波器、四个mosfet和四个高效续流二极管所构成的钳位续流回路、等效寄生电容。所述四个mosfet构成的逆变桥包括mosfet开关管t1、t2、t3、t4；滤波器为电感l构成的l滤波装置；四个mosfet和四个高效续流二极管所构成的钳位续流回路包括t5、t6、t7、t8和d1、d2、d3、d4。
7.本发明一种新型低漏电流heric非隔离单相光伏并网逆变器，具有以下的优点：
8.1、由于采用的是调制波反向单极性倍频调制方式进行控制，实现了良好的控制效果，脉冲数是同调制波频率的双极性spwm和单极性spwm波的两倍，且在开关损耗不变的条件下使得电路输出的等效开关频率增加一倍，有效的降低了谐波分量，可实现网侧电流正弦化、单位功率因数、电流谐波含量低和功率因数高。
9.2、本发明采用了8个开关管，结构简单，且其中4个开关管工作在工频调制下，与传
统的光伏并网逆变器调制方式相比，降低了总的开关频率。
10.3、能够有效的抑制光伏太阳能电池板对地寄生电容上产生的共模电流。
附图说明：
11.图1为本发明新型低漏电流heric非隔离单相光伏并网逆变器的拓扑结构框图。
12.图2为本发明新型低漏电流heric非隔离单相光伏并网逆变器开关模式一流向图。
13.图3为本发明新型低漏电流heric非隔离单相光伏并网逆变器开关模式二流向图。
14.图4为本发明新型低漏电流heric非隔离单相光伏并网逆变器开关模式三流向图。
15.图5为本发明新型低漏电流heric非隔离单相光伏并网逆变器开关模式四流向图。
16.图6为本发明新型低漏电流heric非隔离单相光伏并网逆变器调制波反向单极性倍频的调制方式。
17.图7为本发明新型低漏电流heric非隔离单相光伏并网逆变器并网电压电流波形。
18.图8为本发明新型低漏电流heric非隔离单相光伏并网逆变器寄生电容两端电压值。
19.图9为本发明新型低漏电流heric非隔离单相光伏并网逆变器共模电流和共模电压值。
20.图10为本发明新型低漏电流heric非隔离单相光伏并网逆变器的thd值。
具体实施方式：
21.一种新型低漏电流heric非隔离单相光伏并网逆变器，包括可控逆变桥、可控续流回路、滤波器、等效寄生电容cm，所述可控逆变桥由4个mosfett1、t2、t3、t4连接构成的逆变部分，所述可控续流回路由4个mosfett5、t6、t7、t8和4个高效续流二极管d1、d2、d3、d4连接构成的续流部分，所述滤波器由一个滤波电感l构成，具体拓扑如图1所示.
22.为了更好地解释本

技术实现要素：

，一下结合图1的结构框图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
23.如图1所示，该电路dc为直流电压源，ac为电网电压源，输出分别为直流电压v
dc
和交流电压v
ac
，i
l
为滤波电感l上的电流，即交流侧电流。
24.这里采用的是调制波反向单极性倍频调制方式，在电网电压正负半周，它有四种开关模式。
25.开关模式一，其图如图2所示。此时为电网电压的正半周期，开关管t1、t4、t5、t8导通，t2、t3、t6、t7关断，逆变电源经t1、t4、l和电网电压源构成回路对电感进行充电，其电感电流线性增长，并向交流电网供电，输出电压为v
dc
。
26.开关模式二，其图如图3所示。此时为电网电压的正半周期，开关管t5、t8导通，t1、t2、t3、t4、t6、t7关断，经t5、t8、l和电网电压源、高效续流二极管d1、d4构成续流通路，维持并网电流，此时电感l放电，其电流线性下降，而输出电压为零。
27.开关模式三，其图如图4所示。此时为电网电压的负半周期，开关管t2、t3、t6、t7导通，t1、t4、t5、t8关断，逆变电源经t2、t3、l和电网电压源构成回路对电感进行充电，其电感电流线性增加，并向交流电网供电，输出电压为-v
dc
。
28.开关模式四，其图如图5所示。此时为电网电压的负半周期，开关管t6、t7导通t1、
t2、t3、t4、t5、t8关断，经t6、t7、l和电网电压源、高效续流二极管d2、d3构成续流通路，维持并网电流，此时电感l放电，其电流线性下降，而输出电压为零。
29.由连续工作模式的电感电流波形可知，在工频正半周期内，该逆变器交替地工作于开关模式一和开关模式二，其前半段电感从零初始状态开始不断进行充、放电，其电流逐渐增加且在ωt＝π/2时达到最大值；而后半段电感又不断充放电，这时电感电流不断下降，直至ωt＝π时电感电流i
l
＝0，并保持负半周期不变。同理，在工频负半周期时，该逆变器交替地工作在开关模式三和开关模式四，电感l上的电流先不断增加，π/2之后又不断下降直至0，且电感电流波形按工频正弦变化。
30.在工频正半周期内工作模式一和工作模式中t5、t8始终保持导通，由h桥逆变器寄生电容公式可得寄生电容两端的电压为0.5(v
an
+v
bn
)，即为直流电源电压的一半，v
dc
；在工频负半周期内工作模式三和工作模式四中t3始终保持导通，寄生电容和直流电压源构成回路，即寄生电容电压为0.5(v
an
+v
bn
)，即直流电源电压v
dc
，整个周期中寄生电容的电压图如图8所示。
31.而流过寄生电容上的共模电流i
cm
为
[0032][0033]
可见，共模电流与共模电压的变化率成正比。该发明所提出的逆变器使得寄生电容两端的共模电压基本维持在直流电源电压的一半不变化，使得寄生电容上的共模电流可忽略不计，达到抑制共模电流的作用。
[0034]
图6为该逆变器调制波反向单极性倍频的调制方式的控制图，其由一个载波和两个反向的调制波构成。
[0035]
图7、图8、图9、图10为本发明在psim和simulink中仿真得到的。
[0036]
图7为逆变器交流侧电网的电压和电流波形图，可以看出电流随电压正弦变化，电压电流几乎同相位，始终保持单位功率因数。
[0037]
图8为寄生电容两端的电压波形图，可以看到寄生电容两端的电压值随时间变化而工频变化，所产生的共模电流几乎可以忽略。
[0038]
图9为流过寄生电容的电流波形图，可以看到共模电流远低于vde-0126-1-1对并网逆变器漏电流要求的300ma，达到并网标准。
[0039]
图10为本发明新型单相非隔离型光伏并网逆变器的thd值，可以看到其thd满足ieee std.929-2000小于5％的标准。

技术特征：

1.一种新型低漏电流heric非隔离单相光伏并网逆变器，包括单相可控逆变桥、可控续流回路、滤波器、等效寄生电容，其特征在于：所述单相可控mosfet逆变桥包括mosfet开关管t1、t2、t3、t4。所述可控续流回路包括mosfet开关管t5、t6、t7、t8和高效续流二极管d1、d2、d3、d4。所述滤波器包括滤波电感l所构成的l滤波装置。所述等效寄生电容是由电容c
m
构成，一端连接直流电压源负极，一端连接在电网电压源对地的一极。调制策略采用调制波反向单极性倍频调制方式进行控制，该调制方式由一个载波和两个反向的调制波构成。2.根据权利要求书1所述一种新型低漏电流heric非隔离单相光伏并网逆变器的调制波反向单极性倍频调制方式，控制过程如下：在电压工频正半周期，该逆变器交替地工作于开关模式一和开关模式二，其前半段电感从零初始状态开始不断进行充、放电，其电流逐渐增加且在ωt＝π/2时达到最大值；而后半段电感又不断充放电，这时电感电流不断下降，直至ωt＝π时电感电流i
l
＝0，并保持负半周期不变。同理，在工频负半周期时，该逆变器交替地工作在开关模式三和开关模式四，电感l上的电流先不断增加，π/2之后又不断下降直至0，且电感电流波形按工频正弦变化。

技术总结

本专利公开了一种新型光伏并网逆变器结构，所述逆变器由八个MOSFET开关管以及四个高效续流二极管组成，其中的八个开关管分成四组，其中两组以电网频率交替导通进行续流，两组以开关频率实现电能的传输；四个高效续流二极管通过MOSFET管的导通与关断来控制二极管两端的电位，从而控制二极管的导通与关断，以实现续流作用。该光伏逆变器的八个开关管有四个工作在工频状态下，在实现光伏逆变并网的过程中降低了系统的开关损耗。采用上述结构，再加上采用调制波反向单极性倍频调制方式，控制方法简单，结构简单，使得系统具有很强的高功率密度、高功率因数、THD较小。本发明的仿真实验结果表明该拓扑结构能够有效抑制单相光伏并网逆变器的漏电流。并网逆变器的漏电流。并网逆变器的漏电流。