一款可抑制漏電流的兩級(jí)單相非隔離型逆變器設(shè)計(jì)

本文針對(duì)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(jì)了一種新型、高效率且具備漏電流抑制能力的兩級(jí)式單相非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器。該逆變器拓?fù)潆娐酚汕凹?jí)Boost變換器與后級(jí)H6結(jié)構(gòu)逆變拓?fù)浼?jí)聯(lián)而成。電流控制環(huán)采用比例諧振(PR)控制器來(lái)無(wú)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(guò)一臺(tái)2 kW的單相光伏并網(wǎng)逆變器樣機(jī)，對(duì)理論分析結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(jiǎn)單，變換效率高，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

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(jí)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(diǎn)，尤其適合應(yīng)用在近幾年各國(guó)提出的“屋頂計(jì)劃”等小功率光伏發(fā)電場(chǎng)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(guó)內(nèi)外一些專家學(xué)者提出了一系列新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)解決漏電流的產(chǎn)生問(wèn)題，比如H5拓?fù)?、HerIC拓?fù)?、帶交流旁路拓?fù)涞?。這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均可有效抑制漏電流的產(chǎn)生，但都存在專利保護(hù)及轉(zhuǎn)換效率較低等問(wèn)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(jí)式單相非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器。其前級(jí)為Boost電路，后級(jí)為新型H6拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。詳細(xì)分析了該電路拓?fù)涞墓ぷ髟砑澳苡行б种坡╇娏鳟a(chǎn)生的原因，提出了相應(yīng)的控制算法。最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該新型逆變器具有優(yōu)良的性能。

電路結(jié)構(gòu)及工作原理

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?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖1 兩級(jí)式單相光伏并網(wǎng)逆變器

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(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)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(jí)的逆變電路采用具有漏電流抑制能力的H6拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的全橋逆變電路相比，增加了兩個(gè)IGBT和兩個(gè)二極管。濾波電路則由兩個(gè)濾波電感及一個(gè)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、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(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)邏輯圖。下面結(jié)合圖1，2來(lái)說(shuō)明該新型逆變器的工作原理。

圖2 逆變器驅(qū)動(dòng)邏輯圖

工作模式1 電網(wǎng)電壓正半周時(shí)，V1’一直導(dǎo)通，V2，V5以相同的高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)導(dǎo)通與關(guān)斷。V2’，V3，V4一直處于關(guān)斷狀態(tài)。V2，V5導(dǎo)通時(shí)，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(shí)，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(shí)，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(shí)，uAB=0。

工作模式3 電網(wǎng)電壓負(fù)半周時(shí)，V2’一直導(dǎo)通，V3，V4以相同的高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)導(dǎo)通與關(guān)斷。V1’，V2，V5一直處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)V3，V4導(dǎo)通時(shí)，輸入電源經(jīng)過(guò)V3，V2’，L3，交流電網(wǎng)，L2，V4構(gòu)成回路向電網(wǎng)供電。此時(shí)，uAB=-Udc。

工作模式4 V3，V4關(guān)斷時(shí)，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(shí)，uAB=0。

下面分析H6拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的共模電壓。如圖3所示，電網(wǎng)電壓正半周，當(dāng)V2，V5導(dǎo)通時(shí)，A點(diǎn)對(duì)直流地電壓為輸入電壓Udc，B點(diǎn)對(duì)直流地電壓為零。此階段共模電壓壓ucm=0.5(Udc+0)=0.5Udc。