中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会

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1、中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会单相非隔离型光伏并网逆变器中共模电流抑制的研究11222孙龙林张兴许颇赵为曹仁贤1)2)合肥工业大学电气工程学院，合肥230009合肥阳光电源有限公司，合肥2300881)Email：sunlonglin321@163.com摘要在无变压器的非隔离型光伏并网系统中，电网和光伏阵列之间存在电气连接。由于光伏阵列和地之间存在寄生电容，会产生共模电流，这便增加了电磁辐射和安全隐患。为此，应设法抑制非隔离型光伏并网逆变器中的共模电流。本文首先分析了无变压器的光伏并网系统中产生共模电流的原因，从单相半桥和全桥拓扑

2、结构出发，在得出共模电流抑制基本规律的基础上，研究了几种能有效抑制共模电流的拓扑结构。最后，对这几种拓扑结构的损耗进行了比较研究。关键词光伏并网；逆变器；共模电压；共模电流；H5采用适当的调制策略。本文首先分析了无变压器的非1引言隔离型光伏并网系统中产生共模电流的原因，对能够光伏并网系统中常采用带工频或高频变压器的隔抑制共模电流的拓扑结构进行了分析，最后对不同拓离型光伏并网逆变器，这样确保了电网和光伏系统之扑结构的损耗进行了比较分析。间的电气隔离，从而提供人身保护并避免了光伏系统和地之间的漏电流。然而，若采用工频变压器，其体2非隔离型单相光伏并网

3、系统的共模分析积大、重量重且价格昂贵；若采用高频变压器，功率为方便分析，以下分别讨论单相全桥、半桥并网变换电路将被分成数级，使得控制复杂化，同时还降逆变器的共模问题。低了系统的效率。为了克服上述有变压器的隔离型并2.1单相全桥逆变器的共模分析网系统的不足，需研究无变压器的非隔离型逆变器拓图2所示的是单相全桥逆变器及其共模电压的分扑。无变压器拓扑的一个突出的优点是能够提高整个析电路。以电网电流正半周期为例，va0、vb0表示全[1-2]系统的效率，可达到97~98%。这对于发电成本较桥逆变器交流输出a、b点对直流负母线0点的电压，高的光伏并网系统来

4、说具有很大的吸引力。然而，目v表示电感上的压降，v表示电网电压，v表示寄Lgcm前对光伏并网系统的研究大都集中最大功率点跟踪和生电容上的共模电压,i表示共模谐振回路中的共模[3-4]cm孤岛检测等理论研究方面，而对相关工程问题的研电流。根据基尔霍夫电压定律，可列出共模回路的电究相对较少，如共模问题。本文对非隔离型单相并网压方程：逆变器中共模电流抑制的问题进行了研究。-v+v+vv+=0(1)如图1所示，在无变压器的非隔离型光伏并网系a0L1gcm统中，电网和光伏阵列之间存在直接的电气连接，由-vb0-vvL2+=cm0(2)于光伏阵列和地之间存在

5、寄生电容，从而形成了由寄和差模电流相比，共模电流要小的多，因此可忽生电容、滤波元件和电网阻抗组成的共模谐振回路。略共模电流在电感上的压降即vv»，由式(1)、L1L2而寄生电容上变化的共模电压则能够激励这个谐振回(2)相加可得寄生电容上的共模电压v为:cm路从而产生相应的共模电流。v=0.5(v+v-v)=0.5(v+-vv)0.5(3)cma0b0ga0b0g而流过寄生电容上的共模电流i为:cmdvcmiC=(4)cmdt可见，共模电流与共模电压的变化率成正比。由于v为工频电网电压，则由v在寄生电容上产生的共gg图1无变压器的光伏并网系统中的寄

6、生电容和共模电流模电流一般可忽略，而v、v为PWM高频脉冲电压，a0b0由于光伏电池的面积较大，对地的寄生电容值在共模电流主要由此激励产生。因此，工程上并网逆变[5-6]雨天或潮湿的环境下达到200nF/kWp，产生的共模器的共模电压可近似表示为：[1、6]电流将可能超过所允许的范围。研究表明：为了抑v»+0.5()vv(5)cma0b0制共模电流，可以考虑改进并网逆变器的拓扑结构或中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会为了抑制共模电流，应尽量降低v的频率，而2)双极性调制cm开关频率的降低则带来系统性能的下降。但若能使若采用双极性调制，对

7、于图2所示的单相全桥拓v为一定值,则能够基本消除共模电流，即功率器件扑，当S1、S4导通时cmv=0.5(vv+)=0.5(V+=0)0.5V(9)所采用的PWM开关序列应使得a、b点对0点的电压之cma0b0PVPV和满足:当S1、S4关断，而S2、S3导通时vv+=定值(6)vcm=0.5(vva0+b0)=0.5(0+=VPV)0.5VPV(10)a0b0在开关过程中v=0.5V，由于稳态时，VPV近似不cmPVvL1变，因而v近似为定值，由此所激励的共模电流近cmvvg似为零。可见，对于单相全桥并网逆变器而言，若采L2用双极性调制则能够有

8、效地抑制共模电流，其PWM、vv共模电压及共模电流的仿真波形如图4所示。a0b0icmvcm图2全桥逆变器及其共模电压分析对于单相全桥拓