一種新型單相非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器研究

摘要：針對傳統(tǒng)單相非隔離型全橋光伏并網(wǎng)逆變器的不足，研究并設(shè)計了一種新型、高效率且具備漏電流抑制能力的兩級式單相非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器。該逆變器拓撲電路由前級Boost變換器與后級H6結(jié)構(gòu)逆變拓撲級聯(lián)而成。電流控制環(huán)采用比例諧振(PR)控制器來無靜差跟蹤給定的正弦電流，以提高并網(wǎng)電流質(zhì)量。最后，通過一臺2 kW的單相光伏并網(wǎng)逆變器樣機，對理論分析結(jié)果進行了實驗驗證，結(jié)果表明該新型單相非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器具有控制簡單，變換效率高，可靠性高等優(yōu)點。
關(guān)鍵詞：逆變器；單相并網(wǎng)；比例諧振控制

1 引言
與傳統(tǒng)的輸出端安裝工頻隔離變壓器的并網(wǎng)逆變器相比，兩級式單相非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器具有體積小、成本低、效率高等優(yōu)點，尤其適合應用在近幾年各國提出的“屋頂計劃”等小功率光伏發(fā)電場合。由于傳統(tǒng)的單相全橋光伏并網(wǎng)逆變器不具備漏電流抑制能力，國內(nèi)外一些專家學者提出了一系列新的拓撲結(jié)構(gòu)來解決漏電流的產(chǎn)生問題，比如H5拓撲、Heric拓撲、帶交流旁路拓撲等。這些拓撲結(jié)構(gòu)均可有效抑制漏電流的產(chǎn)生，但都存在專利保護及轉(zhuǎn)換效率較低等問題。
基于此，研究了一種新型、高效率且具備漏電流抑制能力的兩級式單相非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器。其前級為Boost電路，后級為新型H6拓撲結(jié)構(gòu)。詳細分析了該電路拓撲的工作原理及能有效抑制漏電流產(chǎn)生的原因，提出了相應的控制算法。最后，通過實驗驗證了該新型逆變器具有優(yōu)良的性能。

2 電路結(jié)構(gòu)及工作原理
2．1 電路結(jié)構(gòu)
圖1為提出的新型、高效單相非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)。

其中，Boost電路主要功能為：①升高光板輸出的較低電壓；②方便實現(xiàn)最大功率點跟蹤(MPPT)控制。單相光伏并網(wǎng)逆變器中，Boost電路將光板輸出的電壓升至約400 V。后級的逆變電路采用具有漏電流抑制能力的H6拓撲結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的全橋逆變電路相比，增加了兩個IGBT和兩個二極管。濾波電路則由兩個濾波電感及一個濾波電容組成，以濾除交流側(cè)的諧波，保證并網(wǎng)電流的品質(zhì)。
2．2 工作原理
圖2為新型非隔離型單相光伏并網(wǎng)逆變器的開關(guān)管驅(qū)動邏輯圖。下面結(jié)合圖1，2來說明該新型逆變器的工作原理。

工作模式1 電網(wǎng)電壓正半周時，V1’一直導通，V2，V5以相同的高頻驅(qū)動信號導通與關(guān)斷。V2’，V3，V4一直處于關(guān)斷狀態(tài)。V2，V5導通時，輸入電源經(jīng)V2，V1’，濾波電感L2，交流電網(wǎng)，濾波電感L3，V5構(gòu)成回路向電網(wǎng)供電。此時，橋臂輸出電壓uAB=Udc，其中，Udc為升壓后的直流母線電壓。
工作模式2 V2，V5關(guān)斷時，并網(wǎng)電流經(jīng)V1’，L2，交流電網(wǎng)，L3，VD2構(gòu)成續(xù)流回路維持并網(wǎng)電流。此時，uAB=0。
工作模式3 電網(wǎng)電壓負半周時，V2’一直導通，V3，V4以相同的高頻驅(qū)動信號導通與關(guān)斷。V1’，V2，V5一直處于關(guān)斷狀態(tài)。當V3，V4導通時，輸入電源經(jīng)過V3，V2’，L3，交流電網(wǎng)，L2，V4構(gòu)成回路向電網(wǎng)供電。此時，uAB=-Udc。
工作模式4 V3，V4關(guān)斷時，并網(wǎng)電流經(jīng)V2’，L3，交流電網(wǎng)，L2，VD3構(gòu)成續(xù)流回路維持并網(wǎng)電流。此時，uAB=0。