新型非隔离光伏并网逆变器探究

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1、新型非隔离光伏并网逆变器探究　　摘要：本文研究了一种新型非隔离并网逆变器，详细分析此拓扑结构的工作原理，在此基础上，建立了考虑寄生参数的共模漏电流模型。比较分析了H6桥和新型非隔离并网逆变器的漏电流大小、开关损耗、稳定性及效率。理论计算和仿真结果表明新型非隔离并网逆变器的性能优于H6桥逆变器。关键词：逆变器；漏电流；共模电压；开关损耗中图分类号：F40文献标识码：A早期的并网逆变器系统输出端一般安装工频隔离变压器，实现电压调整和电气隔离，以保证系统安全可靠运行。然而，工频隔离变压器体积庞大，成本高，损耗大，影响系

2、统整机效率。若采用高频变压器实现PV和电网的电气隔离，可降低系统体积、质量和成本，但系统效率并没有明显改善，因此，非隔离光伏并网逆变器系统成为目前研究的热点，它具有效率高、体积小、质量轻和成本低等优点，但变压器的消除使得PV和电网之间有了电气连接，漏电流可能会大幅增加，带来传导和辐射干扰，增加进网电流谐波以及损耗，甚至危及设备和人员安全。因此共模电流的消除成为了非隔离式并网逆变器得以普及而必须跨越的障碍。6针对上述问题，本文研究了一种非隔离单相光伏并网逆变器，相对于文献提到的拓扑，此拓扑结构不但有效的解决漏电流问

3、题，且具有通态损耗小、效率高、稳定性强等优点。1新型逆变器的工作原理1.1新型非隔离并网逆变器对于一个光伏逆变器而言，要想做到高效率和高稳定性，必须满足以下几个要求：其一，为了提高系统的稳定性，逆变器必须避免直通问题；其二，为保证输出电流波形不发生畸变，在不导致管子损坏的情况下，应避免设死区时间；其三，共模漏电流要小；最后，在保证系统安全的情况下，尽量使用性能好的MOS管来提高系统的效率。文献提出的这种新型拓扑结构均满足上述要求，下面我将针对这种新型的拓扑做详细的分析和介绍。图1为新型非隔离并网逆变器的结构图，它

4、由六个开关管（S1～S6）、六个二极管（D1～D6）和两个独立的耦合电感L1和L2所构成。二极管D1～D4分别用于钳位S1～S44个开关管的压降。S5、D5和S6、D6则是用来提供续流通道，使得续流阶段直流侧与电网断开，抑制共模电压的变化。正半周期，开关管S1、S3的驱动信号以开关频率高频动作，S5则工作在工频开关状态，而S2、S4、S6的驱动信号一直处于低电平不工作状态。负半周工作方式与之类似。具体工作方式如下：61）工作模态1，功率处理模态，进网电流为正半周，开关管S1、S3导通，其余开关管关断。2）工作模态

5、2，续流模态，进网电流正半周，开关管S5导通，二极管D5导通，其余开关管关断。3）工作模态3，功率处理模态，进网电流负半周，开关管S2、S4导通，其余开关管关断。4）工作模态3，续流模态，进网电流负半周，开关管S6导通，二极管D6导通，其余开关管关断。通过上述分析可知，功率传输模态，进网电流只流过两个开关管，故器件导通损耗小；由于不存在直通问题，在PWM输出瞬间或电网过零点瞬间不需要设死区时间，避免了输出波形畸变。共模分析模型如图2所示，以电池板负端N为参考点，在电网正半周，输出点1和3对N点的电位是由开关管S1

6、和S3所控制的，当上管S1导通时，1点对N点的电位即为直流母线电压；而下管S3开通时，3点对N的电位为零；当S1和S3关断、S5续流时，1和3对N点电位均为直流母线电压的一半。因此，光伏阵列和开关管的综合作用就可以等效为在1、N和3、N两端分别加入两个以开关管频率变化的等效方波电源，V1N的幅度大小为直流母线电压和直流母线电压的一半，V3N的幅度大小为直流母线电压的一半和零。V2N和V4N则为负半周的等效方波电源。2两种拓扑的损耗及效率比较6为了将文献提出的H6拓扑和新型逆变器拓扑的效率进行比较，特选用相同的功率

7、器件，IGBT型号为IRG4PH71UD，二极管则选用APT30DQ60B。表1为两种拓扑在Upv=360V、开关频率20KHZ、PO=1000W时，器件损耗和效率的理论计算值，计算方法参考文献。结合表1、图1以及参考文献所提的H6拓扑结构可知，H6在电网正负半周均有3只管子导通，而新型拓扑在正负半周仅有两只管子导通，且新型拓扑结构S1～S6不存在反向恢复问题。因此，在相同额定功率和电压条件下，当H6拓扑和新型拓扑均采用IGBT时，H6拓扑的通态损耗比新型拓扑高，所以效率略低于新型拓扑。而当新型拓扑采用超结MOS

8、FET管时，效率能达到99.1%。3共模漏电流仿真分析通过上述的分析，对新型非隔离并网逆变器进行仿真验证。仿真软件采用PSIM，为了方便系统仿真，将PV阵列用直流电压源代替并且VPV=400V，输入直流段的电容Cdc=100nF，寄生电容Cpv=50n，开关管频率fSW=20KHz，输出滤波电感L=0.9mH，电网频率fg=50Hz，电网电压Vg=220V，输出功率PO=