[发明专利]H桥光伏并网逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子变换器，更具体地，是一种用于光伏发电系统的H桥光伏并网逆变器。

背景技术

光伏并网逆变器是光伏并网发电系统中最关键的设备，并网逆变器的性能将直接影响整个并网发电系统的性能。如图1所示，为通常的光伏并网逆变器的原理示意图。逆变器包括直流变换单元20和逆变器单元30，其接收来自PV阵列(光伏阵列)10的直流电压，并经直流变换单元20直流变换以及逆变器单元30转换后，输出正弦交流电压/电流，以实现将光伏电池产生的电能并入电网40。

在中小功率场合，通常采用高频直流变换器与工频H桥逆变电路级联构成的并网逆变器拓扑，高频直流变换器输出电压/电流按照正弦半波的形状变化，经工频H桥逆变电路后产生正弦交流电压/电流，进而将光伏电池发出的电能并入电网，整个系统中仅有一级高频功率变换环节，可以实现较高的系统效率，工频H桥逆变电路驱动控制简单，降低了整个系统的控制难度，降低了整个系统的成本。

如图2所示为已有的光伏逆变器的电路示意图。如图所示，该光伏逆变器使用由开关器件46、48、50、52组成的H桥电路24，以将PV阵列12的变化的DC电压转化为电网14的固定频率AC电压，并使用DC链路16来实现中间的能量存储级。具体地，逆变器首先将不稳定的PV DC电压18经由升压变换器变换为大于电网电压的稳定的DC电压20，随后将稳定的DC电压20经由H桥电路24变换为可被并网入电网14内的电流22。开关器件46、48、50、52在高频下进行开关动作。

公开号为CN 101615859A、发明名称为“高效率光伏逆变器”的中国发明专利申请公开了一种对上述的现有逆变器进行改进的高效率光伏逆变器电路。如图3所示，PV阵列12输出的电压在直流变换级进行变换中，仅开关器件42具有损耗。而在经逆变级36变换时，逆变器可配置为通过对高频开关器件54、56进行开关并且将器件42保持为接通状态，以在低输入电压下在升压模式下运行，由此消除器件42的开关损耗，因此高频开关器件54、56是在升压模式期间对开关损耗做出贡献的仅有器件。

然而，上述两种公开的H桥式逆变器结构，没有对逆变电路的稳定性和可靠性进行关注。事实上，在通常的开关器件选用上，H桥逆变电路(图2中24，以及图3中36)中组成两个桥臂的器件，多由晶闸管组成。在并网逆变器中，使用晶闸管作为H桥逆变电路的开关器件具有驱动简单、可靠性高等优点。然而，由于晶闸管只能在其电流减小到维持电流以下时才能可靠关断，如图2所示，若H桥逆变电路的四个开关器件全部采用晶闸管，由于电容16两端电压始终为正，不可能产生负电压，而且回路没有可强制关断器件，无法保证晶闸管中的电流减小到维持电流以下，因此难以保证晶闸管的可靠关断。

为解决上述问题，公开号为US2009/0244939A1的美国专利申请公开了一种新的逆变器结构。如图4所示，该种逆变器100包括对来自DC源的直流电流进行变换的DC-DC变换器，H桥逆变电路130、滤波器122、控制器120、异常电流检测器104以及AC电压采样器118。在H桥逆变电路130内，两个桥臂分别采用了串联的晶闸管和MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)等功率开关管(如图4所示，一个桥臂采用晶闸管108以及MOSFET功率开关管112的串联结构；另一个桥臂采用晶闸管110及MOSFET功率开关管114的串联结构)。备选地，功率开关管112、114也可采用JFET(结型场效应管)晶体管、IGBT(绝缘栅双极型)晶体管等。该结构将晶闸管108、110与功率开关管112、114串联成逆变桥臂，通过控制功率开关管112、114关断，从而可将晶闸管108、110的电流减小到其维持电流以下，实现晶闸管108、110的可靠关断。

但是，由于功率开关管112、114为双向导通器件，若由于干扰、误触发或控制错误等因素。使得逆变桥臂中的功率开关管控制信号错误，进而将出现电网直接短路的情况。而一旦电网出现电路故障，可在瞬间破坏整个并网逆变器，因此，该技术方案采用了复杂的异常电流检测器104、控制器120、AC电压采样器118等过流检测电路和保护电路。这导致了整个系统控制复杂度的增加以及逆变效率的降低，并大大增加了系统成本。

因此，需要一种新的H桥逆变器结构，其能够在不影响逆变效率、不增加电路复杂度的前提下，提供一种稳定可靠的电压/电流逆变方案。

发明内容

本发明的一个目的，是提供一种新的H桥光伏并网逆变器结构，其能够稳定可靠地实现电压/电流逆变。