[发明专利]五电平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，尤其是指一种五电平单相光伏并网逆变器。

背景技术

随着科学技术的进步和认可的增加，世界各国不得不去面对能源匮乏的问题。利用光伏电池产生的电能，经过并网逆变器输送到电网中，是太阳能主要的应用方式。2009年后，太阳能并网逆变器产业开始复苏，同时多晶硅的生产规模扩充有利于太阳能成倍降低，而逆变器的开关器件和控制技术也逐渐的成熟，这样就更一步促进了太阳能的并网技术的整体发展。太阳能并网逆变器就是将太阳能电池发出的直流电通过逆变器反馈回电网，可见并网逆变器是核心部分。太阳能并网逆变器主要有电压型和电流型，电压型逆变器要求并网的电压与电网电压一直；电流型并网逆变器要求并网点的电流与电网电压相同，目前并网逆变器主要采用电流型。无论是电压型还是电流型，都要求逆变器的直流电压略高于电网电压。

目前，太阳能逆变器主要有三种结构：工频隔离型、高频隔离型和非隔离型。工频隔离型主要采用DC/AC电路，分为单相全桥电路和三相全桥电路。具有电路简洁、控制简单、与电网隔离的优点，但是工频变压器体积较大，导致这种结构在小功率的并网逆变器中应用较少。高频隔离型并网逆变器有DC/AC、AC/DC、DC/AC和高频变压器组成。其中前端的DC/AC和高频变压器的功能主要是将电压升高，然后通过逆变后将电能输送到电网。高频变压器不仅可以传递能力还可以实现隔离的作用。这种结构使用了高频变压器，克服了工频变压器体积较大的缺点，但是由于电路结构复杂、损耗较大，一般只是应用于中、小系统。非隔离型并网系统，一般是直接将太阳能电池产生的直流电通过DC/DC电路，将电压升到可以逆变到电网电压，在经过DC/AC电路将能量回馈到电网。这种结构简单、电路损耗较小的优点，缺点是没有采用隔离系统，电网的波动会对并网系统造成影响，因此应用主要是小型系统。在传统的非隔离系统中逆变桥主要采用H全桥电路。这种电路的缺点是谐波含量较大，要求直流电压大于电网电压的最大值，因此对前级的升压电路设计较为严格。

发明内容

为了解决现有的太阳能逆变器电路结构复杂、损耗较大的问题，本发明提出了一种五电平单相光伏并网逆变器，功率开关数量少，结构简单，降低了逆变器对控制器的依赖，可以提高整个系统的稳定性，降低逆变器本身的能耗，有效减少散热器的体积，增加逆变器整体效益。

本发明所采用的技术方案是：一种五电平单相光伏并网逆变器，包括交流接入端口、电抗器L1、功率开关电路及第一光伏电池模块、第二光伏电池模块，所述的交流接入端口设有a端和b端，所述的功率开关电路包括功率开关Q1、功率开关Q2、功率开关Q3、功率开关Q4、功率开关Q5，所述的第一光伏电池模块和第二光伏电池模块均具有正向端和负向端，所述电抗器L1的一端连接交流端口的a端，电抗器L1的另一端与功率开关Q1的发射极、功率开关Q4的集电极电连接，交流端口的b端与功率开关Q2的发射极、功率开关Q3的集电极电连接，功率开关Q1的集电极、功率开关Q2的集电极、功率开关Q5的发射极、功率开关Q6的发射极电连接，功率开关Q3的发射极、功率开关Q4的发射极电连接，第一光伏电池模块的正向端与功率开关Q5的集电极电连接，第一光伏电池模块的负向端、第二光伏电池模块的正向端分别与功率开关Q6的集电极电连接，第二光伏电池模块的负向端与功率开关Q3的发射极电连接。

当光伏电池的电压值均相同时，本发明可以输出五个不同的电平组合，具有功率开关少、控制简单、运行稳定：功率开关Q1与功率开关Q4，功率开关Q2与功率开关Q3，功率开关Q5与功率开关Q6，是三组互补的功率开关，每组中的一个功率开关导通时另一个功率开关则断开，且每组互补功率开关之间有死区时间控制。本发明采用的电压等级比采用传统H桥的电压等级多，因此逆变输出电流的谐波含量较少，由于单个功率开关的开关应力要小于H桥的开关压力，因此在相同电流的情况下，功耗要低。

作为优选，所述的电抗器L1为平波电抗器。平波电抗器用来连接功率开关电路与交流电网。

作为优选，所述的电抗器L1与交流端口之间连接有二极管D1和滤波电容C3，所述二极管D1的正极连接电抗器L1，二极管D1的负极连接交流接入端口的a端，所述滤波电容C3的两端分别连接二极管D1的正极和交流接入端口的b端。二极管D1用来防止交流电网能量的倒灌，防止母线电压较低时电网电流流向逆变器侧；滤波电容C4用于逆变电路的滤波，滤去高频电流分量。

作为优选，所述的功率开关Q1、功率开关Q2、功率开关Q3、功率开关Q4、功率开关Q5、功率开关Q6均为IGBT。