本发明提供一种非隔离光伏并网逆变器及其开关控制时序，包括分压电容支路(1)、箝位支路(2)以及全桥基本单元(3)；分压电容支路(1)包括第一分压电容(Cdc1)、第二分压电容(Cdc2)组成；箝位支路(2)包括第一功率开关管(S1)、第二功率开关管(S2)组成；全桥基本单元(3)包括第三功率开关管(S3)、第四功率开关管(S4)、第五功率开关管(S5)、第六功率开关管(S6)组成；本发明在全桥电路的基础上加入两支可控开关管和分压电容构成双向箝位支路，并配合开关时序可以实现续流阶段时续流回路电位处于二分之一的电池电压，从而消除非隔离并网逆变器的漏电流；并保证了功率传输阶段输出电流仅流经3支开关管，有效降低了导通损耗。
1.一种非隔离光伏并网逆变器，其特征在于：包括分压电容支路(1)、箝位支路(2)以及全桥基本单元(3)；分压电容支路(1)包括第一分压电容(Cdc1)、第二分压电容(Cdc2)；箝位支路(2)包括第一功率开关管(S1)、第二功率开关管(S2)组成；全桥基本单元(3)包括第三功率开关管(S3)、第四功率开关管(S4)、第五功率开关管(S5)、第六功率开关管(S6)；
其中第一分压电容(Cdc1)的正端分别连接太阳能电池正输出端、第一功率开关管(S1)的集电极，第一分压电容(Cdc1)的负端分别连接第二分压电容(Cdc2)的正端、第二功率开关管(S2)的发射极，第二分压电容(Cdc2)的负端分别连接太阳能电池负输出端、第四功率开关管(S4)的发射极、第六功率开关管(S6)的发射极；
第一功率开关管(S1)的发射极分别连接第二功率开关管(S2)的集电极、第三功率开关管(S3)的集电极以及第五功率开关管(S5)的集电极；
第三功率开关管(S3)的发射极分别连接第四功率开关管(S4)的集电极、进网滤波器的一端，第五功率开关管(S5)的发射极分别连接第六功率开关管(S6)的集电极、进网滤波器的另一端。
2.一种非隔离光伏并网逆变器，其特征在于：包括分压电容支路(1)、箝位支路(2)以及全桥基本单元(3)；分压电容支路(1)包括第一分压电容(Cdc1)、第二分压电容(Cdc2)；箝位支路(2)包括第一功率开关管(S1)、第二功率开关管(S2)组成；全桥基本单元(3)包括第三功率开关管(S3)、第四功率开关管(S4)、第五功率开关管(S5)、第六功率开关管(S6)；
其中第一分压电容(Cdc1)的正端分别连接太阳能电池正输出端、第六功率开关管(S6)的集电极、第四功率开关管(S4)的集电极；第一分压电容(Cdc1)的负端分别连接第二分压电容(Cdc2)的正端、第二功率开关管(S2)的集电极；第二分压电容(Cdc2)的负端分别连接太阳能电池负输出端、第一功率开关管(S1)的发射极；
第一功率开关管(S1)的集电极分别连接第二功率开关管(S2)的发射极、第三功率开关管(S3)的发射极以及第五功率开关管(S5)的发射极；
第三功率开关管(S3)的集电极分别连接进网滤波器的一端，第四功率开关管(S4)的发射极；第五功率开关管(S5)的集电极分别连接进网滤波器的另一端、第六功率开关管(S6)的发射极。
3.一种基于权利要求1或2所述非隔离光伏并网逆变器的开关控制时序，其特征在于：
将第一功率开关管(S1)按单极性SPWM方式高频动作；
将第二功率开关管(S2)驱动信号与第一功率开关管(S1)的驱动信号互补，并加入死区时间；
将第三功率开关管(S3)的驱动信号在进网电流正半周直通，负半周与第二功率开关管(S2)驱动信号一致；
将第四功率开关管(S4)的驱动信号在进网电流正半周关断，负半周与第一功率开关管(S1)驱动信号一致；
将第五功率开关管(S5)的驱动信号在电网电压负半周直通，正半周与第二功率开关管驱动信号一致；
将第六功率开关管(S6)的驱动信号在进网电流负半周关断，正半周与第一功率开关管(S1)驱动信号一致；
在进网电流过零处，将第二功率开关管(S2)、第三功率开关管(S3)和第五功率开关管(S5)导通；将第一功率开关管(S1)、第四功率开关管(S4)和第六功率开关管(S6)关断。
一种非隔离光伏并网逆变器及其开关控制时序
技术领域
[0001] 本发明涉及一种非隔离光伏并网逆变器，属并网逆变器拓扑。
背景技术
[0002] 非隔离型光伏并网逆变器拥有效率高、体积小、重量轻和成本低等优势。但由于电池板对地寄生电容的存在，使得并网逆变器开关器件的开关动作可能产生高频时变电压作用在寄生电容之上，由此诱发的漏电流可能超出允许范围。高频漏电流的产生会带来传导和辐射干扰、进网电流谐波及损耗的增加，甚至危及设备和人员安全。
[0003] 单极性SPWM全桥并网逆变器的差模特性优良，如输入直流电压利用率高和滤波电感电流脉动量小等受到广泛关注。但同时产生了开关频率脉动的共模电压(其幅值为输入直流电压)，使得在光伏并网应用场合需要加入变压器隔离(低频或高频)，但高频脉动的共模电压对变压器的绝缘强度构成威胁，进一步增加了制作成本。为了去掉单极性SPWM全桥并网逆变器中的隔离变压器，专利EP 1369985A2提出在全桥电路的桥臂中点间(交流侧)加入双向可控开关组构造新的续流回路；专利US 7411802B2仅在电池侧正端引入一支高频开关，同样可以实现续流阶段太阳能电池端与电网脱离。但根据全桥电路高频共模等效模型，为了消除单极性SPWM调制产生的高频共模电压，必须使续流阶段的续流回路电位箝位在太阳能电池输入电压的一半，这样才能使共模电压完全消除，而并非简单的使电池板与电网脱离。
发明内容
[0004] 发明目的：
[0005] 本发明的目的是克服上述缺陷，提供一种非隔离光伏并网逆变器。
[0006] 技术方案：
[0007] 一种非隔离光伏并网逆变器，包括分压电容支路、箝位支路以及全桥基本单元；分压电容支路包括第一分压电容Cdc1、第二分压电容Cdc2组成；箝位支路包括第一功率开关管S1、第二功率开关管S2组成；全桥基本单元包括第三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第五功率开关管S5、第六功率开关管S6组成；
[0008] 其中第一分压电容Cdc1的正端分别连接太阳能电池正输出端、第一功率开关管S1的集电极，第一分压电容Cdc1的负端分别连接第二分压电容Cdc2的正端、第二功率开关管S2的发射极，第二分压电容Cdc2的负端分别连接太阳能电池负输出端、第四功率开关管S4的发射极、第六功率开关管S6的发射极；
[0009] 第一功率开关管S1的发射极分别连接第二功率开关管S2的集电极、第三功率开关管S3的集电极以及第五功率开关管S5的集电极；
[0010] 第三功率开关管S3的发射极分别连接第四功率开关管S4的集电极、进网滤波器的一端，第五功率开关管S5的发射极分别连接第六功率开关管S6的集电极、进网滤波器的另一端。
[0011] 一种非隔离光伏并网逆变器，包括分压电容支路、箝位支路以及全桥基本单元；分压电容支路包括第一分压电容Cdc1、第二分压电容Cdc2组成；箝位支路包括第一功率开关管S1、第二功率开关管S2组成；全桥基本单元包括第三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第五功率开关管S5、第六功率开关管S6组成；
[0012] 其中第一分压电容Cdc1的正端分别连接太阳能电池正输出端、第六功率开关管S6的集电极、第四功率开关管S4的集电极；第一分压电容Cdc1的负端分别连接第二分压电容Cdc2的正端、第二功率开关管S2的集电极；第二分压电容Cdc2的负端分别连接太阳能电池负输出端、第一功率开关管S1的发射极；
[0013] 第一功率开关管S1的集电极分别连接第二功率开关管S2的发射极、第三功率开关管S3的发射极以及第五功率开关管S5的发射极；
[0014] 第三功率开关管S3的集电极分别连接进网滤波器的一端，第四功率开关管S4的发射极；第五功率开关管S5的集电极分别连接进网滤波器的另一端、第六功率开关管S6的发射极。
[0015] 一种非隔离光伏并网逆变器的开关控制时序，具体过程如下：
[0016] 将第一功率开关管S1按单极性SPWM方式高频动作；
[0017] 将第二功率开关管S2驱动信号与第一功率开关管S1的驱动信号互补，并加入死区时间；
[0018] 将第三功率开关管S3的驱动信号在进网电流正半周直通，负半周与第二功率开关管S2驱动信号一致；
[0019] 将第四功率开关管S4的驱动信号在进网电流正半周关断，负半周与第一功率开关管S1驱动信号一致；
[0020] 将第五功率开关管S5的驱动信号在电网电压负半周直通，正半周与第二功率开关管驱动信号一致；
[0021] 将第六功率开关管S6的驱动信号在进网电流负半周关断，正半周与第一功率开关管S1驱动信号一致；
[0022] 在进网电流过零处，将第二功率开关管S2、第三功率开关管S3和第五功率开关管S5导通；将第一功率开关管S1、第四功率开关管S4和第六功率开关管S6关断。
[0023] 有益效果：
[0024] 本发明在全桥电路的基础上加入两支可控开关管和分压电容构成双向箝位支路，可以实现续流阶段时续流回路电位处于二分之一的电池电压来抑制漏电流，并保证了功率传输阶段输出电流仅流经3支开关管，有效降低了导通损耗。另外，箝位支路的加入使得电池侧引入的高频开关和箝位开关的电压应力仅为输入电池电压的一半，有利于效率的进一步提高。
附图说明
[0025] 图1是本发明主电路的两种构成方式，
[0026] (a)是箝位支路位于输入侧正端的电路图；
[0027] (b)是箝位支路位于输入侧负端的电路图。
[0028] 图2是本发明的功率开关管驱动信号示意图。
[0029] 图3是本发明箝位工作模态图，其中
[0030] (a)是续流回路电压降低，进网电流正半周的工作模态图；
[0031] (b)是续流回路电压升高，进网电流正半周的工作模态图；
[0032] (c)是续流回路电压降低，进网电流负半周的工作模态图；
[0033] (d)是续流回路电压升高，进网电流负半周的工作模态图。
[0034] 图4是本发明的共模电压和漏电流波形及频谱，
[0035] (a)是共模电压波形及频谱；(b)是漏电流波形及频谱；
[0036] 图5是当电池输入电压为400V时，本发明的第一和第二功率开关管工作电压应力为电池输入电压一半的波形图，
[0037] (a)是第一功率开关管的波形图；(b)是第二功率开关管的波形图；
[0038] 图6是本发明的分压电容均压波形图；
[0039] 上述附图的主要符号及标号名称：Cdc1、Cdc2——分压电容；S1～S6——功率开关管；Grid，ug——电网电压；Upv——太阳能电池板输出电压；L1、L2——进网滤波电感；C1——进网滤波电容；ig——进网电流；u3N——逆变桥中点3对电池负端电压；u4N——逆变桥中点4对电池负端电压；iLeakage——漏电流；uGS1——第一功率开关管驱动电压；uDS1——第一功率开关管驱动漏源端(或集发端)电压；iD2——第二功率开关管漏端(或集端)电流；uGS2——第二功率开关管驱动电压；uDS2——第二功率开关管驱动漏源端(或集发端)电压；U2N——分压电容中点2对电池负端电压；
具体实施方式
[0040] 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
[0041] 附图1描述了本发明的主电路的两种构成方式，由第一分压电容Cdc1和第二分压电容Cdc2串联组成基本单元1或4，由第一功率开关管S1和第二功率开关管S2组成基本单元2或5，由第三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第五功率开关管S5和第六功率开关管S6组成全桥基本单元3或6。其中基本单元1或4接太阳能电池的输出端，全桥基本单元3或6的两中点接进网滤波器。
[0042] 附图2为本发明主电路功率开关管的驱动信号时序图，第一功率开关管S1按单极性SPWM方式高频动作；第二功率开关管S2驱动信号与第一功率开关管S1的驱动信号互补，并加入死区时间；第三功率开关管S3的驱动信号在进网电流正半周直通，负半周与第二功率开关管S2驱动信号一致；第四功率开关管S4的驱动信号在进网电流正半周关断，负半周与第一功率开关管S1驱动信号一致；第五功率开关管S5的驱动信号在电网电压负半周直通，正半周与第二功率开关管S2驱动信号一致；第六功率开关管S6的驱动信号在进网电流负半周关断，正半周与第一功率开关管S1驱动信号一致；为了保证续流回路的完全箝位，过零阶段第二功率开关管S2、第三功率开关管S3和第五功率开关管S5需要导通。
[0043] 附图3为变换器箝位工作时的等效电路。可见，无论进网电流的方向，只要续流回路电位降低，第二功率开关管S2的反并二极管或寄生二级管导通，将续流回路箝位在只要续流回路电位升高，第二功率开关管S2沟道导通，同样将续流回路箝位在 电平。
[0044] 本发明的一个具体实例如下：电池板电压Upv＝340～700V、电网电压Ugrid＝220VRMS、电网频率fgrid＝50Hz、额定功率PN＝1kW；直流母线电容Cdc1＝Cdc2＝235μF；滤波电感L1＝L2＝4mH；滤波电容C1＝5μF；电池板对地寄生电容Cpv1＝Cpv2＝0.1μF；开关频率f＝20kHZ。
[0045] 附图4～6为该实例的具体实验波形图，其中，附图4是本发明在Upv＝400V电压下满载工作时逆变器长生的共模电压和漏电流电流波形图；
[0046] 附图5是本发明在Upv＝400V电压下满载工作时逆变器第一功率开关管S1和第二功率开关管S2的工作电压波形；
[0047] 附图6是本发明在Upv＝400V电压下满载工作时逆变器输入侧第一分压电容Cdc1和第二分压电容Cdc2串联组的电压均分波形。
