[發明專利]一種電壓混合鉗位的無變壓器型單相光伏逆變器

在審

• 申請號: 201410241763.5
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN104065293A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 李武華;胡森軍;羅皓澤;顧云杰;何湘寧
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M7/537
• 分類號: H02M7/537
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，具體涉及一種電壓混合鉗位的無變壓器型單相光伏逆變器。

背景技術

如今，能源枯竭與環境污染問題日益嚴重，各種新能源的開發利用愈來愈受到重視。太陽能作為當前最為清潔、最有大規模開發利用前景的可再生能源之一，其光伏利用受到了世界各國的普遍關注。而太陽能光伏發電是太陽能光伏利用的主要發展趨勢，在未來將得到越來越迅速的發展。

逆變器作為光伏發電系統中最末一級或唯一一級能量變換裝置，其效率與安全性能將直接影響整個系統的性能和投資。根據逆變器中的變壓器配置情況，可以將現有的逆變器分為帶工頻變壓器型逆變器、帶高頻變壓器型逆變器和無變壓器型逆變器。帶工頻變壓器或高頻變壓器的逆變器均可以實現升壓和隔離的功能，但是帶工頻變壓器型逆變器存在體積和重量變大、價格高且安裝不便的問題；帶高頻變壓器型逆變器雖然體積和重量大大減小，但多級式的結構導致系統結構復雜，整體效率降低。而無變壓器型逆變器由于其系統結構簡單、效率高、體積小、成本低等優點，得到了越來越多的重視。

在無變壓器型光伏并網系統中，由于失去了變壓器的電氣隔離，光伏電池陣列與大地之間的寄生電容、光伏并網逆變器以及大地之間就會形成如圖1所示共模回路。資料顯示，晶硅光伏電池的平板結構與大地之間存在寄生電容約為50-150nF/kWp，其容值遠大于功率器件的對地寄生電容。因此，如果系統的共模電壓中存在高頻脈動，那么共模回路中就會產生較大的共模漏電流。該共模漏電流不僅會引起嚴重的EMI問題，同時還會降低并網電流品質，并且給光伏電池維護人員的人身安全帶來隱患。因此，在無變壓器型并網逆變器中，必須解決高頻共模電流問題。

在現有已公開的技術中，半橋逆變電路和中點鉗位電路將電網的一端直接鉗位至直流母線電壓的中點，使得光伏電池的寄生電容兩端電壓恒定，從而抑制了共模電流的產生。但是上述兩種方案中所需要的直流母線電壓是普通全橋所需母線電壓的兩倍，因此，在直流輸入電壓較低的場合下，這兩種方案必須通過升壓電路升壓來提升母線電壓。前級升壓電路的使用不僅增加了系統的成本，同時也降低了逆變器的整體轉換效率。

公開號為EP2086102A2的歐洲專利公開了一種高效的無共模電流型拓撲結構(HERIC)，該方案所需輸入電壓為半橋型逆變電路的一半，因此在很多場合下，無需額外的升壓電路對母線進行升壓。該方案在普通全橋拓撲的基礎上，在交流側增加了兩個開關器件。在直流側向交流側傳輸能量階段，該電路的工作與全橋單極性電路相同，系統的共模電壓為輸入電壓的一半；在交流側電感續流階段，HERIC結構的交流側開關管導通，保證了系統輸出零電平的同時，實現了直流側與交流側的解耦，此時系統的共模電壓在理想情況下保持在輸入電壓的一半。因此，該電路的共模電壓不存在高頻擾動，進而抑制了系統的共模漏電流。但在實際工況下，由于直流側與交流側電路解耦時，交流側的電壓相對于直流側處于懸浮狀態，而并非恒定在直流輸入電壓的一半，考慮電路中的寄生參數：如開關管輸出結電容，引線電感等分布參數等，上述參數與共模回路中的電感、電容發生高頻諧振，引起系統的共模回路中的高頻共模電流。因此，該技術無法實現高頻共模電流的完全消除。

公開號為EP1626494A2的歐洲專利公開了另一種具有漏電流抑制能力的H5拓撲結構，該結構在全橋電路的直流側增加了功率開關，從而確保并網電感續流階段的直流側與交流側的解耦。該電路與HERIC電路類似，無法完全消除共模漏電流。此外，其電路結構不對稱，5個開關晶體管工作時長不相等，導致開關器件發熱不均衡，器件散熱設計要求較高；在能量傳遞階段，有三個功率器件處于導通狀態(HERIC拓撲中為2個)，降低了逆變器的整體效率。

發明內容

針對現有技術所存在的上述技術問題，本發明提供了一種電壓混合鉗位的無變壓器型單相光伏逆變器，能夠有效消除高頻共模電流且轉換效率高。

一種電壓混合鉗位的無變壓器型單相光伏逆變器，包括：

儲能分壓單元，用于對輸入的光伏直流電壓進行儲能并分壓；

功率逆變單元，用于將所述的光伏直流電壓轉換為三電平直流電壓；

混合鉗位單元，用于在功率逆變單元輸出零電平時，對逆變器交流側進行續流，并將續流中點電壓鉗位至光伏直流電壓的二分之一；

濾波單元，用于對所述的三電平直流電壓進行低通濾波，從而輸出正弦交流電壓。