[发明专利]一种共地型的十开关倍压五电平单相光伏逆变器拓扑

说明书

本发明提出了一种共地型的十开关倍压五电平单相光伏逆变器拓扑，包括光伏电池、共地型十开关倍压五电平单相逆变电路、单相LC输出滤波电路和单相负载；所述的光伏电池为PV；所述的共地型十开关倍压五电平单相逆变电路包括输入滤波电容Cdc，两个飞跨电容C1、C2和十个开关管S1～S10，其中S1、S2和S9是不带续流二极管的IGBT，S3～S8以及S10是带续流二极管的IGBT模块；所述单相LC输出滤波电路和单相负载包括滤波电感Lf、滤波电容Cf及负载Ro。本发明提出的一种共地型的十开关倍压五电平单相光伏逆变器拓扑可以提高逆变器直流电压利用率、提高输出电压波形质量和减小逆变器共模电流。

技术领域

本发明属于电力电子直流-交流变换技术领域，尤其涉及一种共地型的十开关倍压五电平单相光伏逆变器拓扑。

背景技术

随着化石能源消耗和地球生态环境恶化，太阳能的优势不断凸显。光伏发电作为利用太阳能的一种主要形式更是被重点关注。国家能源局发布的数据显示，2022年上半年，全国可再生能源发电量达1.25万亿千瓦时，其中太阳能发电量增长13.5％。据国际能源署(IEA)预测，到2030年全球可再生能源电力需求将占全球电力需求增量的80％，其中风能和光伏发电占比将从2019年的8％上升至近30％。伴随着光伏发电的发展，非隔离型光伏并网逆变器由于成本低和效率高等特点，在国内外被广泛的应用于太阳能发电。

非隔离型光伏并网系统与电网间无有效电气隔离，当高频工作的功率开关管开关时产生共模电压，太阳能光伏板、逆变器设备和大地之间产生寄生电容与非隔离型光伏并网系统形成回路，从而形成共模电流，共模电流又称为漏电流，漏电流的产生不仅导致并网电流产生畸变，更主要的是对相关工作人员产生触电危险和对设备高可靠性工作产生安全隐患。非隔离性光伏并网逆变器为了抑制漏电流和共模电压对设备和人身安全的产生不利影响，一般是采用改变拓扑结构和相应的开关管控制逻辑使共模电压恒定或共模电压的波动范围减小的方法，但并不能完全抑制漏电流和共模电压的产生。

有鉴于此，确有必要设计一种新的共地型光伏逆变器拓扑解决以上问题。

发明内容

本发明的主要目的是，提供输出电压波形质量好的共地型单相光伏逆变器拓扑。

为实现以上目的，本发明提供了一种共地型的十开关倍压五电平单相光伏逆变器拓扑，包括：光伏电池、共地型十开关倍压五电平单相逆变电路、单相输出LC滤波电路和单相负载；所述的光伏电池为PV；所述的共地型十开关倍压五电平单相逆变电路包括输入滤波电容Cdc，两个飞跨电容C1、C2和十个开关管S1～S10，其中S1、S2和S9是不带续流二极管的IGBT，S3～S8以及S10是带续流二极管的IGBT模块；所述单相输出LC滤波电路和单相负载包括滤波电感Lf、滤波电容Cf及负载Ro。

本发明的进一步改进在于，光伏电池PV的正极与开关管S1的集电极、开关管S4的集电极、输入滤波电容Cdc的正极相连；开关管S1的发射极与开关管S2的集电极、开关管S3的集电极、飞跨电容C1的正极相连；开关管S3的发射极与开关管S7的集电极、开关管S9的集电极、滤波电感Lf的一端相连；开关管S4的发射极与开关管S5的集电极、飞跨电容C2的正极相连；飞跨电容C2的负极与开关管S10的集电极、开关管S8的发射极相连；开关管S10的发射极与开关管S7的发射极相连；飞跨电容C1的负极与开关管S5的发射极、开关管S6的集电极、开关管S9的发射极相连；滤波电感Lf的另一端与滤波电容Cf的正极、负载Ro的一端相连；开关管S2的发射极、开关管S6的发射极、开关管S8的集电极、输入滤波电容Cdc、滤波电容Cf的负极、负载Ro的另一端相连于光伏电池PV的负极。

本发明的进一步改进在于，在共地型十开关倍压五电平单相逆变电路中的开关管S10与开关管S7组成一对反向串联的开关管，从而保证该支路的电流流动方向受控。