光伏逆變器

提出一種新穎的高效率六開關(guān)逆變器（H6）拓撲，解決了無變壓器單相光伏并網(wǎng)逆變器漏電流問題。該拓撲將兩個單向續(xù)流單元嵌在全橋逆變器橋臂中點之間，以獲得續(xù)流通道，并在續(xù)流階段將太陽能電池板和電網(wǎng)分離。該拓撲續(xù)流回路不經(jīng)過性能較差的體二極管，有利于獲得更高效率；同時，無需直流旁路結(jié)構(gòu)中的分裂電容。詳細介紹該拓撲的工作原理、脈寬調(diào)制（pulse width modulation，PWM）驅(qū)動邏輯、并網(wǎng)控制方法以及關(guān)鍵電路設(shè)計。仿真與實驗驗證了該拓撲具有低共模電壓、高質(zhì)量的并網(wǎng)波形和高效率特征。

高效率是光伏并網(wǎng)逆變器研究及設(shè)計的核心目基金項目：江蘇省產(chǎn)學(xué)研前瞻性項目（BY2011156）；江蘇省科技支撐計劃項目（BE2011174）。 Project Supported by the Prospective Project of Production， Learning and Research in Jiangsu Province （BY2011156）; Science and Technology Supporting Program of Jiangsu Province （BE2011174）。 標(biāo)之一。針對微逆變器場合，文獻［1-4］提出并研究了準(zhǔn)單級式的交錯并聯(lián)反激高頻鏈并網(wǎng)逆變器，但功率容量偏小，不適合于中大功率場合。中功率場合多采用兩級式不隔離甚至三級式高頻隔離架構(gòu)，若前級采用高頻隔離方式，相對較為復(fù)雜，且功率級數(shù)較多，影響效率提升及可靠性［5-6］。兩級式不隔離架構(gòu)甚至單級式架構(gòu)能夠有效地提高系統(tǒng)效率，但取消電氣隔離后，不可避免地帶來了一些負面影響，如漏電流、直流分量等［7-9］。其中漏電流的存在是制約非隔離型結(jié)構(gòu)推廣應(yīng)用的最主要因素。以標(biāo)準(zhǔn)全橋逆變器為例，在單極性調(diào)制時，會產(chǎn)生一個幅值為輸入電壓、并以開關(guān)頻率高頻變化的共模電壓。考慮到 PV 組件寄生電容的存在（nF-mF 級），系統(tǒng)將出現(xiàn)較大的漏電流［7-10］。從降低電磁干擾 （electromagnetic interference，EMI），特別是保證安全性的角度出發(fā)，各國標(biāo)準(zhǔn)均對并網(wǎng)逆變器漏電流作出了嚴(yán)格限定。例如，德國標(biāo)準(zhǔn) DIN VDE 0126-1-1 規(guī)定：無變壓器光伏并網(wǎng)逆變器中對地漏電流峰值大于300 mA時，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)必須在0.3 s 內(nèi)與電網(wǎng)斷開。

因此，近年來，漏電流問題成為了非隔離型并網(wǎng)逆變器的研究熱點之一。各國學(xué)者多通過改進全橋逆變器結(jié)構(gòu)來解決該問題。目前，已提出了一系列新型拓撲［7-15］。這些結(jié)構(gòu)不同方式增添了輔助電路，通過強制改變續(xù)流回路，使得續(xù)流階段太陽能電池板與電網(wǎng)脫離。逆變器橋臂中點仍輸出三電平電壓，保留了單極性調(diào)制的特點，以實現(xiàn)高效率；而拓撲中主開關(guān)管工作模態(tài)則得以改變，按照雙極性方式調(diào)制，從而消除了漏電流。其中，文獻［9］ 介紹了德國 SMA 公司專利 H5 逆變器拓撲，相對而言，該拓撲所用器件最少，成本較低，但續(xù)流階段電流要經(jīng)過反向恢復(fù)問題嚴(yán)重的開關(guān)管體二極管，不利于效率進一步提高。文獻［10-13］介紹了帶直流旁路的全橋逆變器，交流側(cè)電流紋波小，降低逆變器的損耗。但在直流側(cè)，必須通過分裂電容提供中點。文獻中未提及這個問題的影響和解決途徑，但無疑將加大控制的難度。文獻［7-8，14-15］介紹交流旁路六開關(guān)逆變器（H6）拓撲，采用雙極性調(diào)制，通過時序控制可以有效抑制共模電壓及漏電流，獲得單極性調(diào)制的效果，但文獻［14-15］中的拓撲電流仍要經(jīng)過性能較差的開關(guān)管體二極管。

針對上述現(xiàn)象，本文提出一種新型帶交流旁路單元六開關(guān)逆變器（H6）拓撲，將兩個單向續(xù)流單元嵌在全橋逆變器橋臂中點之間，以獲得續(xù)流通道，并在續(xù)流階段將太陽能電池板和電網(wǎng)分離。該拓撲續(xù)流回路經(jīng)過的器件數(shù)量少，且不經(jīng)過性能較差的體二極管，有利于獲得更高效率；同時，無需輸入均壓控制。下面給出詳細分析與驗證。

1 新型拓撲結(jié)構(gòu)及工作原理分析

1.1 電路結(jié)構(gòu)新型拓撲結(jié)構(gòu)如圖 1（a）所示，圖中：S1—S6 為開關(guān)管；D1、D2 為續(xù)流二極管；L1、L2 為進網(wǎng)濾波