CN115954938B - 一种高效的离并网裂相逆变器电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于并网裂相逆变器电路领域。本发明提供了一种高效的并网裂相逆变器电路，包括第一半导体开关、第二半导体开关、第三半导体开关、第四半导体开关、第五半导体开关、第六半导体开关、第七半导体开关、第八半导体开关、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管，第一电感以及第二电感，还包括第五二极管和第六二极管。上述高效的离并网裂相逆变器电路，在两个逆变桥臂的中间增加第五二极管和第六二极管，使得系统在并网运行或者离网运行接平衡负载时，逆变拓扑续流回路只经过了两半导体器件，减少了器件对电能的损耗，系统的发电效率大大提升。

Description

一种高效的离并网裂相逆变器电路

技术领域

本发明属于并网裂相逆变器电路技术领域，尤其涉及一种高效的离并网裂相逆变器电路。

背景技术

在世界各地中，不同国家和地区有不同电网模式，比如北美单相电网有一种为单相三线裂相输出电网，L1/N/L2,L1对N与L2对N均为120V，相位相差180度，L1_L2为240V,示意图如图1所示。对于光伏逆变器离并网系统来说，系统在并网运行的时候，输出240V的电压，裂相120V的用户负载由电网供电。而系统在离网运行的时候，因为需要同时带120V或者240V用户负载，需要输出两个独立的120V电压。在DC1电压较高的应用场景中，比如电压为1100V逆变器系统中，现有技术方案，经常采用两个1字型三电平桥臂输出两个独立控制120V，调制波错开180度，组成240V，得到一个单相三线的裂相输出电压，常见的拓扑如图2所示。

目前的常用单相三线制，裂相输出拓扑如图2所示。以半个周期为例，图3和图4分别是光伏逆变器离并网系统并网励磁和续流期间的回路。并网过程中，由于有电网存在，240V电压和120V电压均存在，用户侧120V的负载可以由电网直接供电，逆变器只需要把光伏面板能量并到电网即可，所以只需要输出240V，逆变器工作在电流源模式，两个120V的功率相等，基本没有电流流过BUS(母线)中点，但是对逆变器来说，续流阶段，上述拓扑续流回路经过了四个半导体器件(图4中的T2A T3B D2B D1A)，导致效率大大降低低，而对于光伏逆变器系统来说，效率降低会导致能量白白损失，降低了用户的发电量。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效的离并网裂相逆变器电路，以解决现有的并网裂相逆变器电路发电效率低的问题。

本发明提供了一种高效的离并网裂相逆变器电路，包括第一半导体开关、第二半导体开关、第三半导体开关、第四半导体开关、第五半导体开关、第六半导体开关、第七半导体开关、第八半导体开关、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管，第一电感以及第二电感，所述第一电容和第二电容串联后与电源并联，所述第一半导体开关、所述第二半导体开关、所述第三半导体开关和所述第四半导体开关串联后与电源并联，所述第五半导体开关、所述第六半导体开关、所述第七半导体开关和第八半导体开关串联后与电源并联，所述第一二极管的负极连接于所述第一半导体开关和第二半导体开关之间，所述第一二极管的正极与所述第二二极管的负极连接，所述第二二极管的正极连接于所述第三半导体开关和所述第四半导体开关之间，所述第一电感的一端连接于所述第六半导体开关和所述第七半导体开关之间，所述第一电感的另一端连接于所述第二电感的一端，所述第二电感的另一端连接于所述第二半导体开关和所述第三半导体开关之间，所述第一二极管的正极和第二二极管的负极还连接于所述第一电容和所述第二电容之间，所述第三二极管的正极与所述第四二极管的负极连接，所述第三二极管的负极连接于所述第五半导体开关和所述第六半导体开关之间，所述第四二极管的连接于所述第七半导体开关和所述第八半导体开关之间，所述第一二极管的正极和第二二极管的负极还连接于所述三二极管和所述第四二极管之间，还包括第五二极管和第六二极管，其中；

所述第五二极管的正极接于所述第六半导体开关和所述第七半导体开关之间，所述第五二极管的负极连接于所述第一半导体开关和第二半导体开关之间；

所述第六二极管的正极连接于所述第二半导体开关和所述第三半导体开关之间，所述第六二极管的负极连接于所述第五半导体开关和所述第六半导体开关之间。

上述高效的离并网裂相逆变器电路，在两个逆变桥臂的中间增加第五二极管和第六二极管，使得系统在并网运行或者离网运行接平衡负载时，逆变拓扑续流回路只经过了两半导体器件，减少了器件对电能的损耗，系统的发电效率大大提升。

进一步地，还包括第三电容和第四电容，其中：

所述第三电容的一端与所述第一电感连接，另一端与所述第四电容连接，所述第四电容的另一端与所述第二电感连接。

进一步地，还包括第一负载和第二负载，所述第一负载和所述第二负载串联后与所述第三电容和第四电容并联。

进一步地，所述第一半导体开关、所述第二半导体开关、所述第三半导体开关、所述第四半导体开关、所述第五半导体开关、所述第六半导体开关、所述第七半导体开关以及所述第八半导体开关可以为IGBT或者MOS中的任意一种。

进一步地，所述离并网裂相逆变器电路与单相三线制裂相电网连接，裂相电压为100V、110V、120V中的任意一种

附图说明

图1为本发明的高效的离并网裂相逆变器电路的应用系统场景中裂相电网示意图；

图2为现有技术中的1字型三电平单相逆变电路的电路图；

图3为图2中的1字型三电平单相逆变电路的正半周励磁回路；

图4为图2中的1字型三电平单相逆变电路的正半周续流回路；

图5为本发明实施例中的高效的离并网裂相逆变器电路的拓扑图；

图6为图5中的高效的离并网裂相逆变器电路的并网时励磁回路；

图7为图5中的高效的离并网裂相逆变器电路的并网时续流回路；

图8为图5中的高效的离并网裂相逆变器电路的离网励磁回路；

图9为图5中的高效的离并网裂相逆变器电路的离网续流回路。

主要元件符号说明：

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干个实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图5至图9，本发明实施例提供的一种高效的离并网裂相逆变器电路，包括第一半导体开关T1A、第二半导体开关T2A、第三半导体开关T3A、第四半导体开关T4A、第五半导体开关T1B、第六半导体开关T2B、第七半导体开关T3B、第八半导体开关T4B、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1A、第二二极管D2A、第三二极管D1B、第四二极管D2B，第一电感L1以及第二电感L2，所述第一电容C1和第二电容C2串联后与电源DC1并联，第一半导体开关T1A、第二半导体开关T2A、第三半导体开关T3A、第四半导体开关T4A串联后与电源DC1并联，第五半导体开关T1B、第六半导体开关T2B、第七半导体开关T3B、第八半导体开关T4B串联后与电源DC1并联，所述第一二极管D1A的负极连接于所述第一半导体开关T1A和第二半导体开关T2A之间，所述第一二极管D1A的正极与所述第二二极管D2A的负极连接，所述第二二极管D2A的正极连接于所述第三半导体开关T3A和所述第四半导体开关T4A之间，所述第一电感L1的一端连接于所述第六半导体开关T2B和所述第七半导体开关T3B之间，所述第一电感L1的另一端连接于所述第二电感L2的一端，所述第二电感L2的另一端连接于所述第二半导体开关T2A和所述第三半导体开关T3A之间，所述第一二极管D1A的正极和第二二极管D2A的负极还连接于所述第一电容C1和所述第二电容C2之间，所述第三二极管D1B的正极与所述第四二极管D2B的负极连接，所述第三二极管D1B的负极连接于所述第五半导体开关T1B和所述第六半导体开关T2B之间，所述第四二极管D2B的连接于所述第七半导体开关T3B和所述第八半导体开关T4B之间，所述第一二极管D1A的正极和第二二极管D2A的负极还连接于所述三二极管D1B和所述第四二极管D2B之间，还包括第五二极管D3和第六二极管D4，其中；

所述第五二极管D3的正极接于所述第六半导体开关T2B和所述第七半导体开关T3B之间，所述第五二极管D3的负极连接于所述第一半导体开关T1A和第二半导体开关T2A之间；

所述第六二极管D4的正极连接于所述第二半导体开关T2A和所述第三半导体开关T3A之间，所述第六二极管D4的负极连接于所述第五半导体开关T1B和所述第六半导体开关T2B之间。

上述高效的离并网裂相逆变器电路，在两个逆变桥臂的中间增加第五二极管D3和第六二极管D4，使得系统在并网运行或者离网运行接平衡负载时，逆变拓扑续流回路只经过了两半导体器件，减少了器件对电能的损耗，系统的发电效率大大提升。

具体的，在本发明实施例中，还包括第三电容C3和第四电容C4，其中：

所述第三电容C3的一端与所述第一电感L1连接，另一端与所述第四电容C4连接，所述第四电容C4的另一端与所述第二电感L2连接。

具体的，在本发明实施例中，还包括第一负载load1和第二负载load2，所述第一负载load1和所述第二负载load2串联后与第三电容C3和第四电容C4并联。

具体的，在本发明实施例中，第一半导体开关T1A、第二半导体开关T2A、第三半导体开关T3A、第四半导体开关T4A、第五半导体开关T1B、第六半导体开关T2B、第七半导体开关T3B、第八半导体开关T4B可以为IGBT或者MOS中的任意一种。

具体的，在本发明实施例中，所述离并网裂相逆变器电路与单相三线制裂相电网(第一电网AC1和第二电网AC2)连接，裂相电压为100V、110V、120V中的任意一种。

请再参阅图5，在图5的电路拓扑中，并网工作时，由于并网工作时，不用考虑裂相输出功能，光伏逆变器离并网系统直接输出一个交流电压240V即可，即可以认为第三电容C3和第四电容C4的负载完全相等，即第一电感L1和第二电感L2的电流相等，正半周续流时候只有一个回路，电流只流过了半导体器件(第五二极管D3，第二半导体开关T2A)，所以效率很高。

请再参阅图8，光伏逆变器离并网系统离网工作时，两个三电平桥臂(第一个为第一半导体开关T1A、第二半导体开关T2A、第三半导体开关T3A、第四半导体开关T4A，第二个为第五半导体开关T1B、第六半导体开关T2B、第七半导体开关T3B、第八半导体开关T4B)和第五二极管D3、第六二极管D4均参与工作，逆变器可以输出两个独立的120V交流电压，支持分别带负载(第一负载load1和第二负载load2)，当离网负载完全平衡(第一负载load1和第二负载load2相等)时，即第三电容C3和第四电容C4的负载平衡时，续流时电流走第五二极管D3和第六二极管D4的路径和并网工作时回路一样，效率较高。但当第三电容C3和第四电容C4的负载不平衡时，又有续流回路，满足应用要求。

光伏逆变器离并网系统离网运行时，且离网裂相负载不平衡时，电流路径如图8所示；即第一负载load1和第二负载load2不相等时，会存在一个N点与O点之间的不平衡电流电流。续流时，电流路径如图9所示，如果第一负载load1>第二负载load2，且均不为0，则续流回路分为两个回路，第一个回路为第一电感L1、第五二极管D3、第二半导体开关T2A、第二电感L2、第一负载load2、第二负载load1和第一电感L1，第二个续流回路为第一电感L1、第七半导体开关T3B、第四二极管D2B、Load1和第一电感L1；如果第二负载load2>第一负载load1，且均不为0，则续流回路也为两个回路，第一个续流回路为第二电感L2、第二负载load2、第一负载load1、第一电感L1、第五二极管D3、第二半导体开关T2A、第二电感L2。第二续流回路为第二电感L2、第二负载load2、第一二极管D1A、第二半导体开关T2A、第二电感L2。

上述一种高效的离并网裂相逆变器电路，在满足光伏逆变器并离网系统离网运行期间，能带裂相不平衡负载的要求的同时，提升了系统在并网时，以及离网运行，接裂相平衡负载时，系统的效率

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种高效的离并网裂相逆变器电路，包括第一半导体开关、第二半导体开关、第三半导体开关、第四半导体开关、第五半导体开关、第六半导体开关、第七半导体开关、第八半导体开关、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管，第一电感以及第二电感，所述第一电容和第二电容串联后与电源并联，所述第一半导体开关、所述第二半导体开关、所述第三半导体开关和所述第四半导体开关串联后与电源并联，所述第五半导体开关、所述第六半导体开关、所述第七半导体开关和第八半导体开关串联后与电源并联，所述第一二极管的负极连接于所述第一半导体开关和第二半导体开关之间，所述第一二极管的正极与所述第二二极管的负极连接，所述第二二极管的正极连接于所述第三半导体开关和所述第四半导体开关之间，所述第一电感的一端连接于所述第六半导体开关和所述第七半导体开关之间，所述第一电感的另一端连接于所述第二电感的一端，所述第二电感的另一端连接于所述第二半导体开关和所述第三半导体开关之间，所述第一二极管的正极和第二二极管的负极还连接于所述第一电容和所述第二电容之间，所述第三二极管的正极与所述第四二极管的负极连接，所述第三二极管的负极连接于所述第五半导体开关和所述第六半导体开关之间，所述第四二极管的连接于所述第七半导体开关和所述第八半导体开关之间，所述第一二极管的正极和第二二极管的负极还连接于所述三二极管和所述第四二极管之间，其特征在于，还包括第五二极管和第六二极管，其中；

所述第五二极管的正极接于所述第六半导体开关和所述第七半导体开关之间，所述第五二极管的负极连接于所述第一半导体开关和第二半导体开关之间；

所述第六二极管的正极连接于所述第二半导体开关和所述第三半导体开关之间，所述第六二极管的负极连接于所述第五半导体开关和所述第六半导体开关之间。

2.根据权利要求1所述的一种高效的离并网裂相逆变器电路，其特征在于，还包括第三电容和第四电容，其中：

所述第三电容的一端与所述第一电感连接，另一端与所述第四电容连接，所述第四电容的另一端与所述第二电感连接。

3.根据权利要求2所述的一种高效的离并网裂相逆变器电路，其特征在于，还包括第一负载和第二负载，所述第一负载和所述第二负载串联后与所述第三电容和第四电容并联。

4.根据权利要求1所述的一种高效的离并网裂相逆变器电路，其特征在于，所述第一半导体开关、所述第二半导体开关、所述第三半导体开关、所述第四半导体开关、所述第五半导体开关、所述第六半导体开关、所述第七半导体开关以及所述第八半导体开关为IGBT或者MOS中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种高效的离并网裂相逆变器电路，其特征在于，所述离并网裂相逆变器电路与单相三线制裂相电网连接，裂相电压为100V、110V、120V中的任意一种。