无变压器非隔离型光伏并网逆变器漏电流抑制技术

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1、无变压器非隔离型光伏并网逆变器漏电流抑制技术邬伟扬郭小强电力电子节能与传动控制河北省重点实验室，燕山大学电气工程学院，河北省秦皇岛市066004Email：guoxq@ieee.org摘要漏电流抑制是无变压器型光伏并网系统需要解决的关键问题之一。VDE-0126-1-1标准规定漏电流高于300mA时光伏并网系统必须在0.3s内从电网中切除。为了解释漏电流的根源，建立了系统共模电压数学模型，在此基础上分析了漏电流产生的原因，探讨了不同调制策略对漏电流的影响，然后介绍了几种典型的、能够有效抑制漏电流的电路拓扑结构，并分析了各种拓扑的工作原理和特点。最后对漏电流抑制技术方面的发展趋势做了展望

2、。关键词无变压器，光伏并网逆变器，漏电流1．引言太阳能发电是能源有效利用的重要手段之一。自从1954年第一块实用光伏电池问世以来，光伏发电技%)术取得了长足的进步。据国际能源机构IEA[1](InternationalEnergyAgency)统计数据，1992年至欧洲效率(2008年之间，光伏发电系统容量呈逐年递增趋势，如图1所示，并网型光伏系统增长趋势较快，是目前广泛采用的发电方式。系统输出功率(kW)图2系统输出功率与欧洲效率虽然去掉工频变压器可以使光伏并网系统整体效率得到一定改善，但却带来一些新的问题，如漏电流[3]。漏电流的本质为共模电流，其产生原因是光伏系统和大地之间存在寄

3、生电容，当寄生电容-光伏系统-电网三者之间形成回路时，共模电压将在寄生电容上光伏发电容量(MW)产生共模电流。当光伏系统中安装有工频变压器时，由于回路中变压器绕组间寄生电容阻抗相对较大，因此回路中共模电压产生的共模电流可以得到一定抑图11992~2008年光伏发电容量制。然而在无变压器的光伏系统中，回路阻抗相对较为了实现光伏系统并网运行，需要通过电力电子小，共模电压将在光伏系统和大地之间的寄生电容上装置进行功率变换。其中，逆变器作为光伏系统和电形成较大的共模电流，即漏电流。[2]网之间的接口，起着至关重要的作用。通过逆变器无变压器非隔离型光伏系统中的漏电流会引起并的控制不仅可以保证光伏

4、并网系统高质量地向电网输网电流畸变、电磁干扰等问题，还可能对人身安全构送功率，在电网故障时还可以实现有效的孤岛保护。成威胁[4-5]。德国VDE-0126-1-1标准规定，漏电流高传统的并网逆变器系统输出端一般安装工频隔离变压于300mA时光伏并网系统必须在0.3s内从电网中切器，以实现电压调整和电气隔离。然而，工频隔离变除。目前，漏电流抑制技术已成为光伏并网系统研究压器体积大，成本高，损耗大，影响系统整机效率。中的热点问题。本文首先分析漏电流产生的原因，然因此，无工频隔离变压器的并网逆变器系统成为目前后从调制和拓扑角度对漏电流抑制技术进行分析。最研究热点。图2为两种类型光伏逆变器的欧

5、洲效率测后对无变压型光伏并网系统漏电流抑制技术的发展趋试结果，总体而言无变压器型结构系统效率较高。势做了展望。国家自然科学基金项目（资助号：50837003,50977081）2．漏电流产生原因分析当并网接口电感相同时，式(4)可简化为：图3为典型的三相无变压器型光伏并网逆变器原UUUan++bncnUtcm=(5)理图。其中，Ea,Eb,Ec,和La,Lb,Lc分别为三相电网3电压和并网接口电感，C为三相桥路输出端和大地之由上图可知，当Utcm为常量(直流)时，电感被短路，间的寄生电容，Lg为逆变器和电网之间的接地电感，电容承受电压Utcm。根据icm=Cpv(dUtcm/)dt可知

6、系统Cpv为光伏PV和大地之间的寄生电容，其值与外部环共模电流(漏电流)为0。表1给出三相逆变器开关状态境条件、光伏电池板尺寸结构等因素有关，一般在和共模电压Utcm的关系。50~150nF/kW左右[6]。下面分析不同调制方法对共模电流的影响。传统如上文所述，漏电流的本质为共模电流。为了揭空间矢量调制SVM方法一般可分为连续SVM和非连[7]示漏电流产生的原因，首先建立系统共模模型如图4续SVM。一般而言，连续SVM在一个开关周期内所示[6]。其中，变量i=(a,b,c)，j=(a,b,c)且ij≠.分配零矢量U0和U7，而非连续SVM在一个开关周期p内只分配零矢量U0或者U7。S5

7、S3S1表1三相逆变器开关状态和共模电压关系LaEaaSaSbScUanUbnUcnUtcmUdcbLbEbPVoU00000000cLcEcU1100Udc00Udc/3nS6S4S2U2110UdcUdc02Udc/3CCpvLgU30100Udc0Udc/3U40110UdcUdc2Udc/3图3三相无变压器型光伏并网逆变器U500100UdcUdc/3Ucmij_Udmij_LijU101U0U2U/36dcdcdcnU7111UdcU