无变压器型光伏并网逆变器拓扑结构

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1、无变压器型光伏并网逆变器拓扑结构摘要：本文首先通过单相无变压器型拓扑结构的研究，对无变压器型光伏并网系统的共模电流的产生机理进行了详细的分析。然后用不同的控制方法分析了单相无变压器型全桥拓扑结构的共模电流，并对一种新的拓扑结构进行了分析和仿真研究；接着介绍了几种不同的三相无变压器型拓扑结构，并做了简单的分析和仿真；最后对单相和三相拓扑结构的不同进行了分析比较。关键词：单相和三相无变压器型拓扑结构；光伏并网逆变器；共模电流Notransformer-typephotovoltaicinverterto

2、pologyAbstract:Firstly,nosingle-phasetransformertypeoftopology,onthenon-transformertypephotovoltaicsystemcommon-modecurrentsgeneratedadetailedanalysisofthemechanism.Thenusedifferentmethodsofsingle-phasefull-bridgenon-transformertypetopologyofthecommonm

3、odecurrent,andanewtopologyisanalyzedandsimulationstudies;thenintroducedanumberofdifferentthreephasetransformertopologystructure,anddoasimpleanalysisandsimulation.Finally,single-phaseandthreephasetopologiesareanalyzedandcomparedthedifference.Keywords:Si

4、ngle-phaseandthreephasetransformertopology;PVInverter;Commonmodecurrent1．引言在光伏并网系统中一般会采用带变压器型的光伏并网逆变器。由于工频变压器的体积大、重量重且价格贵，而带高频变压器型光伏并网逆变器的功率变换电路控制复杂，系统效率低。为了解决这些问题，国外一些学者提出了无变压器型的光伏并网逆变器。这种无变压器型的拓扑不但节约成本，而且能提高系统的效率。图1为无变压器型光伏并网系统的结构框图。由图可知，在无变压器的光伏并网系统

5、中，由于没有变压器的隔离作用，电网与光伏阵列存在直接的电气连接，而光伏阵列和地之间存在虚拟的寄生电容，因而就形成了由寄生电容、滤波元件和电网阻抗组成的共模谐振回路。寄生电容上变化的共模电压在这个共模谐振回路中就会产生相应的共模电流。图1无变压器型光伏并网系统的结构框图Figure1TransformerlessPVsystemblockdiagram2.无变压器型单相光伏并网系统的共模分析2.1单相全桥逆变器的共模分析图2为无变压器型单相全桥逆变器的拓扑结构。文献[1]对共模电流的产生原因进行了分析

6、。具体过程如下：定义Vpv为等效光伏阵列的直流电压，Vao、Vbo分别为全桥逆变器交流输出点a、b对直流母线o点的电压，VL为滤波电感上的压降，Vcm为寄生电容Cp上产生的共模电压，icm为共模电流，Vg为电网电压。以电网电流的正半周为例，在开关管S2、L1、Vg和Cp构成的回路以及由开关管S4、L2和Cp构成的回路中，根据基尔霍夫电压定律，可列出共模谐振回路的电压方程：?Vao?VL1?Vg?Vcm?0(1)?Vbo?VL2?Vcm?0(2)由于共模电流很小，因此可忽略它在滤波电感上产生的压降，即

7、VL1?VL2，又因Vg为工频电网电压，所以Vg在寄生电容上产生的共模电流一般也可忽略，而Vao、Vbo为PWM控制的高频脉冲电压，共模电流主要由此激励产生。所以由式（1）、（2）相加可得寄生电容上的共模电压Vcm为：Vcm?Vao?Vbo（3）2而流过寄生电容的共模电流icm为：icm?CpdVcm（4）dt图2单相全桥拓扑结构Figure2Single-phasefull-bridgetopology由（3）、（4）式可知，要想抑制共模电流，就必须使得Vcm的变化率保持恒定，使Vcm为一定值，也

8、即使得a、b点对o点的电压之和满足：Vao?Vbo?定值（5）2.2单相全桥拓扑结构的分析拓扑结构框图如图2所示。文献[2]分别采用单极性PWM调制法和双极性PWM调制法对单相全桥拓扑进行了仿真研究。但这两种不同的控制策略对共模电流的抑制效果相差很大。以下分别进行讨论。2.2.1单极性PWM调制对图2所示的单相全桥拓扑采用单极性PWM调制法控制时，在电网电流正半周内：当S1、S4导通，而S2、S3关断时：Vcm?0.5(Vao?Vbo)?0.5(Vpv?0)?0.5V