联网单相光伏逆变器的无变压器拓扑

《联网单相光伏逆变器的无变压器拓扑》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、联网单相光伏逆变器的无变压器拓扑安阳师范学院本科学生论文联网单相光伏逆变器的无变压器拓扑作者：系（院）：物理与电气工程学院专业：电气工程及其自动化年级：学号：111154021指导老师：日期：1（安阳师范学院物理与电气工程学院,河南安阳455000）摘要：为了提高光伏系统的效率和降低成本，利用无变压器的光伏逆变器是一个备受关注的可选方案。但此一线路结构仍需要仔细的研究，因为它存在一些问题，涉及到网络与光伏发电机之间的电路连接（即效率下降及安全问题）。本文，对基于无变压器拓扑的联网单相光伏逆变器进行了评价，一方面提出了基于传统拓扑的一些可供选择的方案；另一方面，对基于多电平逆变

2、器拓扑的可能性也进行了探讨，且对比传统的拓扑，这已显示出不会产生漏电流的优越性。关键词：多电平逆变器无变压器逆变器光伏逆变器可再生能源1、引言可再生能源，尤其是经过验证的光伏发电系统，由于全球变暖意识的深化以及政府对这种技术的认可，近年来已有较大的发展。可再生能源的电力转换过程，借助于功率变换器完成，但存在效率和成本之类关键因数的一些问题。在联网的光伏逆变器特殊情况下，大多数功率变换器拓扑采用了在低频或高频工作的变压器，它为光伏配电板和电网之间提供了电路的绝缘。低频的变压器体积大、笨重且昂贵，且在系统中产生附加损耗。绝缘变压器的尺寸通过两级拓扑可大幅减小，该拓扑中的变压器以高

3、频运行，但这一解决途径因需要最少两个级联的功率变换器，而使效率下降。因此，最近几年来，提出了基于无变压器拓扑的大量逆变器，致使功率处理系统更便宜，结构更紧凑和效率更高。此外，当应用无变压器的逆变器时，必须采用为测量绝缘电阻和剩余电流的一些技术，以便使无变压器的逆变器比带变压器的逆变器更加安全。功率100kW以上大的中心逆变器，可由小尺寸的逆变器取代，这些逆变器处理的能源是由单串或少量组串的太阳能电池板提供的。下面的这一解决方法，可以改善大型光伏电站电池板组的MPPT（最2大功率点跟踪），因为它能接受到很多不同的太阳辐照度，由于这个原因，对单相逆变器的应用功率已高达5kW很感兴

4、趣。鉴于上述理由，提出了大量小功率的拓扑，以实现联网的单相无变压器逆变器，在这种逆变器中，光伏电池板和电网之间没有电路的绝缘，结果会出现一些问题，需要特别小心。如横跨在光伏板上的共模电压和漏电电流。由于光伏电池和装置接地之间存在不容忽视的寄生电容，在一定的运行条件下（例如潮湿度、灰尘或安装模式），该电容能达到很大的数值。对于晶体硅电池，这一典型的电容值在50～150nF/kwp之间变化；对于薄膜电池，则达到1μF/kwp。2、共模电压问题（commonmodevoltage）逆变器开关的切换，在光伏板的极位上可能产生交变的共模电压，这将引起电容性漏电流，如图1（a）和（b）所

5、示。3共模电压值可按下式（1）估算，式中，网络滤波电感L1和L2值之间的失配应予以考虑，这在共模电压问题上起着重要的作用。(1)因为此二者的影响，光伏板的寄生电容和逆变器的共模电压，将引发接地的漏电流，这可能在光伏功率板上产生严重的问题（例如，保护的动作、效率的下降、安全性、网络电流的附加畸变以及电磁兼容问题）。在无变压器全H-桥逆变器中，当采用单极PWM调制时，有一高频的共模电压施加到光伏板上，因而将出现一不可忽视的漏电流，如图2所示。其实验条件选择如下：输出功率5kW；网络电压230V/50Hz；滤波器电感电容LC为2×850μH/12μF；开关频率10KHz；接地电阻1

6、?；漏电容2×140nF。4此外，在应急光电元件技术中发现到涉及漏电流的附加问题。当利用运行在高电压值的反向接点光伏电池时，漏电池在电池的前表面形成负电荷，影响到再结合的机理并降低电池的效率。幸而，这是一个可逆效应，如果功率光伏逆变器设计成负的光伏串极点接地的话，这样，将产生负的电压梯度（递减率），可避免这一现象。在非晶硅薄膜电池（α-si）和镉碲化物（CdTe）情况下，如果在模块内面湿气冷凝并存在负电压接地，在TCO（透明的导体氧化物）上可能起动一不可逆的腐蚀过程。这一现象将导致效率的下降，因而缩短了光伏模块的使用寿命。为防止这一现象，必须遵循：通过模块周边的严格密封以免在

7、光伏模块内出现冷凝现象。但难于保证这一系统的所具功能超过一年。另一种高度有效措施是将光伏板的负极接地，由于电场的定向性可避免该腐蚀过程。5无变压器逆变器的研究致力于寻求一种具有漏电流小的拓扑，试图保持或改善传统拓扑的性能，例如半H-桥拓扑，因为中性线接到输入电压的中点，它可提供很小的漏电流。如图3所示，其实验条件的选用同图2的实验条件。图3：在半H-桥光伏逆变器中产生的漏电流本文对实现单相无变压器光伏逆变器的各种拓扑进行了评论，包括施加于光伏板上的共模电压，产生电流的质量以及在每一拓扑中使用半导体元件的