一種lcl非隔離型并網逆變器系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種LCL非隔離型并網逆變器系統，包括逆變器、光伏電池、LCL型濾波器以及公共電網；所述光伏電池包括光伏電池板以及直流母線濾波電容；所述直流母線濾波電容包括串聯的第一直流母線濾波電容和第二直流母線濾波電容；所述直流母線濾波電容與光伏電池板并聯；所述LCL型濾波器包括逆變器側電感、網側電感以及濾波電容，逆變器側電感分成并聯的兩個相同電感，分別與逆變器橋臂中間點連接；所述網側電感分成并聯的兩個相同電感，分別連接在逆變器側電感兩端，并且連接到公共電網；所述濾波電容連接在逆變器側電感和網側電感之間，其包括串聯的第一濾波電容和第二濾波電容；兩濾波電容的中間點連接到直流母線輸入端。
【專利說明】
一種LCL非隔離型并網逆變器系統
技術領域
[0001] 本發明涉及一種LCL非隔離型并網逆變器系統，屬于電力電子變換與控制技術領 域。
【背景技術】
[0002] 非隔離型并網逆變器具有高效率、低成本的優勢，已成為當前的發展趨勢。由于光 伏電池板面積大，使得光伏陣列對地存在較大的寄生電容，隔離型方案中由于不存在光伏 電池和電網的物理連接，因此沒有漏電流問題；而非隔離型方案會在逆變器、電網、大地之 間形成高頻漏電流回路。高頻漏電流的產生會帶來傳導和輻射干擾、進網電流諧波及損耗 的增加，甚至危及設備和人員安全。根據德國標準DINVDE0126-1-1，非隔離型光伏并網逆變 器對地漏電流瞬時值大于300mA時，系統應在0. 3s內斷電，光伏并網逆變器必須具有低漏 電流特性。主要的漏電流抑制方法可歸納為二類：（1)零矢量隔離方案通過額外的功率器 件構造出續流通路，斷開零矢量時光伏電池和電網的物理連接，維持共模電壓的恒定來減 少漏電流；（2)零矢量中點箝位類方案通過零狀態時橋臂電壓的中點箝位來實現漏電流抑 制，漏電流抑制效果更好，但拓撲和均壓實現也較復雜；以中點箝位三電平拓撲（NPC)為代 表的半橋類拓撲結構，由于直流側電容的中點與電網地直接相連，光伏電池對地電容電壓 被箝位在輸入電壓的一半，僅存在工頻脈動，漏電流很小，但半橋類拓撲直流電壓利用率低 (為全橋類拓撲的一半），所需輸入電壓高。其中，零矢量隔離方案電路實現簡單，其研究成 果也最多，如HERIC、H5、H6等拓撲均已實現商用。傳統分析方法根據全橋拓撲漏電流等效 電路，認為共模電壓恒定就能抑制漏電流，而無需考慮電網電壓的影響。新的研究表明，零 矢量隔離方案漏電流等效電路中等效隔離開關的高頻動作使得電路結構不斷變化，由于相 鄰兩個開關周期電網電壓的變化，會導致寄生電容與共模濾波電感的諧振，從而產生漏電 流，在電網電壓過零點（電網電壓變化率最大）漏電流也最大，為了抑制漏電流，需要采用 大的共模濾波電感。因此，對于非隔離并網逆變器低漏電流的方案仍然是個值得探討的問 題。

【發明內容】

[0003] 本發明的目的是提供一種LCL非隔離型并網逆變器系統，與常用的單相非隔離并 網逆變器拓撲結合進一步降低并網逆變器的共模電流（漏電流）。
[0004] 本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：
[0005] -種LCL非隔離型并網逆變器系統，包括逆變器、光伏電池、LCL型濾波器以及公 共電網；所述光伏電池包括光伏電池板以及直流母線濾波電容；所述直流母線濾波電容包 括串聯的第一直流母線濾波電容和第二直流母線濾波電容，所述直流母線濾波電容與光伏 電池板并聯；所述LCL型濾波器包括逆變器側電感、網側電感以及濾波電容，逆變器側電 感分成并聯的兩個相同電感，分別與逆變器橋臂中間點連接；所述網側電感分成并聯的兩 個相同電感，分別連接在逆變器側電感兩端，并且連接到公共電網；所述濾波電容連接在逆 變器側電感和網側電感之間，其包括串聯的第一濾波電容和第二濾波電容，兩濾波電容的 中間點連接到直流母線輸入端。
[0006] 令光伏電池板相對大地存在等效的寄生電容，所述寄生電容與大地間任意一點通 過電氣連接線連接到與公共電網的地線上。
[0007] 所述逆變器的拓撲結構為單相全橋、HERIC、H5、H6以及上述四種逆變器的衍生拓 撲。
[0008] 所述濾波電容的中間點連接到串聯的直流母線濾波電容兩端或中點。
[0009] 所述第一濾波電容和第二濾波電容的容值大致相同。
[0010] 本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：
[0011] 在相同的條件下，本發明提出的LCL非隔離型并網逆變器系統能都有效地抑制光 伏電池對地寄生電容上的漏電流，提高進網電流質量，保障人身安全。
[0012] 在本發明提出的逆變器系統中通過一條導線連接濾波器與直流母線輸入端的方 法成本低，易于實現。盡管在LCL濾波器結構上需要將一個電容分為兩個，但由于兩個濾波 電容的分壓作用，使得改進后的單個的濾波電容上電壓應力減小，利于器件的選擇。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明提供的LCL非隔離型并網逆變器系統結構圖；
[0014] 圖2為結合HERIC拓撲的LCL非隔離型并網逆變器系統結構圖；
[0015] 圖3為結合H5拓撲的LCL非隔離型并網逆變器系統結構圖；
[0016] 圖4為結合H6拓撲的LCL非隔離型并網逆變器系統結構圖；
[0017] 圖5為LCL非隔離型并網逆變器系統的等效模型圖；
[0018] 圖6為傳統LCL濾波電路拓撲的寄生電容上電壓與電流波形；
[0019] 圖7為本發明提供的LCL濾波電路拓撲的寄生電容上的電壓與電流波形；
[0020] 其中，1-光伏電池板，2-逆變器，3-LCL型濾波器，4-公共電網，E-寄生電容，F-寄 生電容與電網電氣連接線，G-濾波器與輸入側連接線，L 1-逆變器側電感，L2-網側電感，Cfl、 Cf2-直流母線濾波電容，Cpv-寄生電容。
【具體實施方式】
[0021] 本發明提供一種LCL非隔離型并網逆變器系統，為使本發明的目的，技術方案及 效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所 描述的具體實施僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0022] 下面結合附圖對發明的技術方案進行詳細說明：
[0023] 如圖1所示，本發明所述的LCL非隔離型并網逆變器系統，（1)包括光伏電池板1， 逆變器拓撲結構2, LCL型濾波器3,公共電網4,光伏電池板對大地等效寄生電容E，寄生電 容與電網電氣連接線F，濾波器與輸入側連接線G ; (2)還包括逆變器側濾波電感L1，網側電 感L2，濾波電容Cfl，濾波電容C f2，其中濾波電容容值Cfl等于C f2; (3)所述LCL型濾波器結 構包括濾波電容(^與C f2節點H i，其中濾波電容節點H1與輸入直流母線V V 3通過線 條G相連。
[0024] 實施例1
[0025] 以下結合逆變器為HERIC電路的LCL非隔離型并網逆變器系統做具體闡述，如圖 2所示的HERIC電路，包括第一橋臂、第二橋臂和開關單元；所述開關單元包括開關管％和 Q6;上述開關管Q 5的發射極連接在第一橋臂中點A點，上述開關管Q6的發射極連接在第二 橋臂中點B點，開關管Q 5的集電極與開關管Q 6的集電極相連；逆變器與濾波器連接，具體 的，逆變器側電感分成并聯的兩個相同電感；上逆變器側電感連接到開關管9 5的發射極，下 逆變器側電感連接到開關管Q6的發射極。
[0026] 在本實施例中，LCL型濾波器濾波電容(^與C f2節點H i與直流母線輸入端的V 3即 〇點連接。
[0027] 傳統的逆變器抑制漏電流機制無圖2中的線條G，在電網電壓過零點附近，因為有 源狀態時占空比最小，較小占空比丟失。在這個過程中，開關管9 5和Q 6互補導通，直流側與 交流側隔離，寄生電容兩端電壓不變；下一階段，H橋導通，電路工作在有源狀態，寄生電容 上電壓突變，電容電壓周期性變化。因為漏電流與寄生電容上電壓的變化率成正比，較小的 寄生電容也會流過較大的漏電流。過大的漏電流增加了傳導和輻射干擾、進網電流諧波及 損耗的增加、危機設備和人員的安全。仿真波形如圖6所示，圖中顯示了寄生電容的電壓和 電流波形，從圖中可以明顯的看出在電網電壓過零點附近出現電壓平臺，漏電流較大，達到 500mA以上。本發明在已有的基礎上，采用所提供的LCL非隔離型并網逆變器系統，可以有 效的解決電網電壓過零點附近漏電流較大的問題。與傳統LCL非隔離型并網逆變器系統不 同之處，采用所述的濾波電容C fl和濾波電容C f2，其中濾波電容節點氏與輸入直流母線V r V2或V 3通過線條G相連。
[0028] 本實施例LCL非隔離型并網逆變器系統的等效模型如圖5所示，所述圖5中A點、 B點和0點分別對應所述HERIC電路的A點、B點和0點；所述Va。為A點到0點的電壓；所 述V b。為B點到0點的電壓；所述V A。和V B。的電壓是受兩個橋臂和開關單元控制的，在同一 橋臂內，當上管導通時A點和B點對0點的電位即是光伏陣列的輸出電壓，當下管導通時A 點和B點對0點的電位為0,在續流階段，開關單元的開關管％和Q6互補導通，A點和B點 對〇點的電位為光伏陣列輸出電壓的一半，需要說明的是，由于實際器件的非理想特性，A 點與B點的電位并不相等；所述Vail為寄生電容C PV上的電壓；所述V "2為濾波電容C f2上的 電壓；所述\2為網側電感L 2上的電壓；所述的線條G連接濾波電容中點H JP 0點。
[0029] 對所述圖5運用KVL定律得：
[0030] Vcni= V L2-Vcf2 (1)
[0031] 由公式⑴知，光伏電池板1對地寄生電容Cpv電壓與濾波電容Cf2和網側電感L 2 上的電壓有關。在電網電壓過零點處，因為占空比丟失，直流側與交流側隔離，入網電流通 過開關管QjPQ6續流。
[0032] 因為線條G連接濾波電容中點氏和0點，寄生電容C PV與LCL濾波器諧振工作，不 會出現電壓平臺現象，連接濾波電容中點和寄生電容Cpv可以有效地降低漏電流。
[0033] 此時光伏電池板1對地寄生電容Cpv上的漏電流滿足：
[0034]
(2；)
[0035] 寄生電容Cpv上電壓電流波形如圖7所示，圖中顯示了寄生電容Cpv上電壓與電流 波形，對比圖6和圖7,可以看出在電網電壓過零點處，本發明有效地解決了電壓平臺問題， 抑制了漏電流的大小，圖中漏電流約為50mA。
[0036] 本文提到的逆變器的拓撲可以為單相全橋、H5、H6以及相關衍生的拓撲。
[0037] 實施例2
[0038] 如圖3所示為結合H5拓撲的LCL非隔離型并網逆變器系統結構圖，包括第一橋 臂、第二橋臂和開關單元；所述開關單元包括開關管Q 5;所述開關管Q5的發射極連接在兩橋 臂的上端，集電極連接在光伏電池板的正端；所述逆變器拓撲結構與濾波器連接，具體的， 逆變器側電感分成并聯的兩個相同電感，上逆變器側電感連接到第一橋臂的A點，下逆變 器側電感連接到第二橋臂的B點；所述LCL型濾波器濾波電容(^與C f2節點H 1與0點連 接。
[0039] 實施例3
[0040] 如圖4所示為結合H6拓撲的LCL非隔離型并網逆變器系統結構圖，包括第一橋 臂、第二橋臂和二極管D^D 2;所述第一橋臂包括開關管Q pQjP Q 5;所述第二橋臂包括開關 管Q2、94和Q 6;所述二極管D i的陽極和陰極分別連接在開關管Q 4的發射極和Q 3的集電極； 所述二極管D2的陽極和陰極分別連接在開關管Q 3的發射極和Q 4的集電極；所述逆變器拓 撲結構與濾波器連接，具體的，逆變器側電感分成并聯的兩個相同電感，上逆變器側電感連 接到第一橋臂的A點，下逆變器側電感連接到第二橋臂的B點；所述LCL型濾波器濾波電 容C fA C f2節點H占0點連接。
[0041] 綜上所述，由于在電網電壓過零點附近，有源狀態下占空比丟失的原因，使得傳統 逆變器抑制漏電流較弱。在此基礎上，本發明提出一種新的LCL非隔離型并網逆變器系統 有效地抑制光伏電池板1對地寄生電容C pv上漏電流的大小。
[0042] 可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案及其發 明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬于本發明所附的權利要求的保 護范圍。
【主權項】
1. 一種LCL非隔離型并網逆變器系統，包括逆變器、光伏電池、LCL型濾波器以及公共 電網；其特征在于：所述光伏電池包括光伏電池板以及直流母線濾波電容；所述直流母線 濾波電容包括串聯的第一直流母線濾波電容和第二直流母線濾波電容，所述直流母線濾波 電容與光伏電池板并聯；所述LCL型濾波器包括逆變器側電感、網側電感以及濾波電容，逆 變器側電感分成并聯的兩個相同電感，分別與逆變器橋臂中間點連接；所述網側電感分成 并聯的兩個相同電感，分別連接在逆變器側電感兩端，并且連接到公共電網；所述濾波電容 連接在逆變器側電感和網側電感之間，其包括串聯的第一濾波電容和第二濾波電容，兩濾 波電容的中間點連接到直流母線輸入端。2. 根據權利要求1所述的一種LCL非隔離型并網逆變器系統，其特征在于：令光伏電 池板相對大地存在等效的寄生電容，所述寄生電容與大地間任意一點通過電氣連接線連接 到與公共電網的地線上。3. 根據權利要求1所述的一種LCL非隔離型并網逆變器系統，其特征在于：所述逆變 器的拓撲結構為單相全橋、HERIC、H5、H6以及上述四種逆變器的衍生拓撲。4. 根據權利要求1至3所述的任意一種LCL非隔離型并網逆變器系統，其特征在于： 所述濾波電容的中間點連接到串聯的直流母線濾波電容兩端或中點。5. 根據權利要求4所述的一種LCL非隔離型并網逆變器系統，其特征在于：所述第一 濾波電容和第二濾波電容的容值大致相同。
【文檔編號】H02M7/48GK106033939SQ201510111884
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月13日
【發明人】湯雨, 柏楊, 徐飛
【申請人】南京航空航天大學