[发明专利]一种高效无变压器单相光伏并网逆变器

说明书

技术领域：

本发明涉及一种逆变器，尤其涉及一种高效无变压器单相光伏并网逆变器。

背景技术：

随着能源的日益枯竭，太阳能已经成为一种十分具有潜力的绿色能源，而光伏发电是当前利用太阳能的主要方式。对于并网型的光伏并网逆变器，存在有隔离变压器和无隔离变压器两种拓扑结构。对于隔离变压器的并网逆变器，通常在电网侧加入工频变压器实现光伏阵列直流侧与电网侧电气隔离；也可以在直流侧加入高频隔离变压器实现电网侧与直流侧电气隔离。由于电网侧频率低，使得电网侧隔离变压器体积庞大、笨重而且价格昂贵。虽然前两种拓扑结构实现电气隔离，但由于隔离变压器的加入，使得系统的整体效率下降1％-2％。无变压器式并网逆变器结构不含变压器(低频和高频)，具有效率高，体积、重量和成本低的绝对优势。因此，越来越多的商用光伏并网逆变器采用这路拓扑结构。但是，无隔离变压器并网逆变器使光伏(PV)和电网之间有了电气连接，共模电流大大增加，带来安全隐患。采用无变压器的并网逆变器必须解决的一个问题是如何消除共模电压在寄生电容(PV和大地之间)形成回路所产生的漏电流。德国SMASunnyBoy公司采用H5拓扑结构(中国发明专利号：200510079923.1)，在该拓扑结构中，V1和V2在电网电流的正负半周各自导通，V4、V5在电网正半周以开关频率调制，而V2、V5在电网负半周期以开关频率调制。这种无变压器拓扑结构，可以很好的解决漏电流问题；同时，其最高效率达到98.1％，欧洲效率达到97.7％。Sunways公司采用HERIC(欧洲专利号：EP 1369985A2)拓扑结构，该拓扑是对双极性调制的全桥拓扑的改进，即在全桥拓扑的交流侧增加一个由2个IGBT组成的双向续流支路，使得续流回路与直流侧断开，同样可以有效解决漏电流问题，其最高效率达到96.3％。文献(Transformerless Inverters for Single-phase Photovoltaic Systems[J].IEEE Transactions on power electronics，2007，22(2)：693-697)提出一种新的拓扑结构FB-DCBP(full-bridge with dc-bypass)，在电网电压正半周期，开关管S1、S4始终保持导通，开关管S5、S6与S2、S3交替导通；在电网电压负半周期，开关管S2、S3始终保持导通，开关管S5、S6与S1、S4交替导通。该拓扑结构很好的解决了漏电流问题，其最高效率可达到97.4％。

发明内容：

本发明的目的是提供一种高效无变压器单相光伏并网逆变器，它能有效抑制共模电流，拓扑结构最高效率可达到96％。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它包含太阳能光伏阵列1、升压电路2、DC-AC逆变器3、继电器4、电网5和以漏电流回路6，太阳能光伏阵列1、升压电路2、DC-AC逆变器3、继电器4和电网5依次相连，继电器4与电网5相连，且升压电路2与以漏电流回路6相连，以漏电流回路6与电网5相连。

本发明中的太阳光伏阵列1是单相光伏逆变器的输入，为整个系统包括控制电路提供电能。在白天光照的条件下，太阳能电池阵列将所接收的光能转换为电能，经过BOOST升压电路，经过直流变交流(DC-AC)逆变器将直流转换为交流，向电网输送功率，天黑时，整个系统自动停止工作，利用继电器使输出端与电网断开。

本发明中的升压电路2负责将太阳能光伏阵列的输入电压转换为所需求的直流电压，一般运行在升压状态，将低的光伏阵列输入电压升到一定高的直流电压，以便逆变。

本发明中的DC-AC逆变器3作为并网逆变器的关键环节，对电能变换起非常关键的作用。通过控制H桥和续流回路使光伏逆变器输出电流与电网电压同相位，同时实现光伏阵列最大功率输出和抑制漏电流，提高整个光伏系统的转换效率。

本发明能有效地抑制共模电流，它和Sunways公司采用HERIC专利相比，在交流侧少一个开关管，但增加一个二极管整流桥。从控制来看，可以少控制一个开关管，控制相对来说简单，整体效率略下降。此拓扑结构最高效率可达到96％。和采用H桥+双极性调制相比，效率可以提高。H桥+双极性调制的最高效率可94.8％左右。

附图说明：

图1为本发明的高效无变压器单相光伏并网逆变器的拓扑结构图；

图2为本发明无变压器单相光伏并网逆变器漏电流回路图；

图3为本发明电网电压正半周开关管S1和S4导通时的电流流向示意图；