国内非隔离型逆变器前沿专利技术分析

发表时间:2019/6/27   来源:《防护工程》2019年第7期   作者:李建
[导读] 现有技术中,按照输入与输出端是否存在电气隔离的结构特点,逆变器可以分为隔离型逆变器与非隔离型逆变器等两类。
国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心  300300
  摘要:在逆变器技术不断发展过程中,各大厂家、研究机构对非隔离型逆变器应用过程中的技术问题进行了针对性的研究与优化,并以专利的形式对取得的技术进行知识产权保护。在此对国内非隔离型逆变器前沿专利技术进行分析,为相关技术人员及研发机构提供参考,方便后续进行相关技术研发及专利布局。
  关键词: 非隔离型;逆变器;专利技术;共模电流;直流电压利用率
  
  
  一、总体介绍
  现有技术中,按照输入与输出端是否存在电气隔离的结构特点,逆变器可以分为隔离型逆变器与非隔离型逆变器等两类。传统的隔离型逆变器主要在输入端或输入端设置变压器,利用变压器提高输出电压幅值,并将输入端与输出端进行电磁隔离以提高逆变器系统安全、降低电磁干扰,但变压器的存在也造成了隔离型逆变器功率密度低的特点。相对而言,非隔离型逆变器以其体积小、重量轻、成本低的特点得到越来越多的广泛关注,但在工业应用中还存在部分技术问题亟待解决[1]。
  现有技术中,针对非隔离型逆变器的专利申请主要集中解决两大技术问题,即共模电流问题以及直流电压利用率偏低问题。在此,本文对国内相关专利技术进行分析,总结非隔离型逆变器的专利技术现状,并对相关技术未来发展方向进行展望。
  二、解决共模电流问题
  由于去掉了变压器,非隔离型逆变器输入端与输出端直接电性连接而失去了电磁隔离,进而引起了逆变器系统共模电流问题。而共模电流的存在会引起逆变器输出电流畸变、加剧电磁干扰,并可能危及操作人员的人身安全[2]。
  为了解决该问题,公开号为CN109194175A的专利申请提出一种共地型无漏电流非隔离光伏并网逆变器。在该申请提出的逆变器结构中,交流输出端零点直接与直流输入负端直接相连,可实现逆变器的共模电压始终保持为0不变,消除共模电压的高频脉动,从而完全消除漏电流。类似地,公开号CN1092455588A、公开号CN109412446A等专利申请,其主要改进思路同样是在传统单相逆变器拓扑结构基础上引入新的电流通路,通过电压钳位的形式直接使得共模电压恒等于零,或使得开关管工作在共模电压不变的若干工作组态之内,最终实现抑制共模电压高频波动,从而解决共模电流问题。


  同时,在三相逆变器现有技术的基础上,相关技术人员在专利申请提出通过改变逆变器调制方法而进行共模电流抑制,典型的有公开号CN108566109A、公开号CN107947619A等专利申请。上述专利申请主要是在现有三相逆变器拓扑及现有空间矢量控制调制方法、载波调制方法的基础上,优化开关管导通顺序、剔除部分共模电压较高的开关状态,抑制一个开关周期内的共模电压波动范围,从而实现降低共模电压变化率、降低共模电流幅值的效果。
  三、改善直流电压利用率问题
  由于失去了变压器的升压作用,相同的直流输入电压条件下非隔离型逆变器输出的交流电压幅值一定程度上会低于隔离型逆变器,造成直流电压利用率较低的问题,对直流输入电源电压提出了较高要求。对此,公开号为CN208571924U的专利申请提出一种高增益准Z源开关升压逆变器,该逆变器结合了准Z源单元和开关升压单元各自的升降压特性,具有较高的输出电压增益及开关器件电压应力,较好的弥补了非隔离型逆变器直流电压利用率低的缺陷。
  类似地,还有公开号为CN109149990A、CN108199597A等,其同样是在传统逆变器结构上增加主要由电感、电容等无源部件构成的升压电路,通过升压电路对输入的直流电压进行电压抬升,进而输出给串联的逆变电路部分,最终实现提高三相输出电压幅值、提高电压利用率的效果。
  同时,公开号为CN108566107A的专利申请提出一种单级无变压器型逆变器拓扑,结合该申请提出的调制方法,该逆变器任意时刻只有两个开关管导通,以较小的开关器件有效提高输出电压增益。同时,由于该逆变器输入与输出端同时接地,实现了消除共模电流的目的。相似原理的还有公开号CN107579675A、公开号CN108649824A等专利申请,均是将直流变换电路的升压特性与传统逆变器电路相结合构建了新的逆变器拓扑结构,在不额外引入升压电路的情况下,利用单级结构同时实现逆变与升压功能,进一步提高了非隔离逆变器系统的集成度、可靠性以及功率密度。
  五、结语
  相对于传统的隔离型逆变器,非隔离型逆变器以其体积小、成本低的优势得到广泛关注。针对应用过程中存在的共模电流与直流电压利用率低等技术问题,国内相关领域的技术人员不断进行技术优化与改进,并申请了相应的知识产权保护。为了在工业领域更一步的深入推广与使用隔离型逆变器相关技术,相关研究人员还应继续努力,推动非隔离型逆变器相关技术逐渐走向成熟与完善,并将取得的专利技术成果转化到工业生产中,挖掘与发挥知识产权对创新发展的促进作用。
  参考文献:
  [1] 周玉斐, 黄文新, 赵萍. 三相耦合电感单级升压逆 变器非隔离光伏并网发电系统[J]. 电工技术学报, 2015, 30(6): 190-199.
  [2] 郭小强, 魏宝泽, 贾晓瑜, 等. FB10 三相非隔离型光伏 并网逆变器共模电流抑制研究[J]. 电工技术学报, 2015, 30(8): 136-142.
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