《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種新型HERIC光伏逆變器漏電流抑制技術(shù)研究
2017年微型機(jī)與應(yīng)用第1期
袁穎,馬海嘯
南京郵電大學(xué) 自動化學(xué)院,江蘇 南京 210046
摘要: 針對已有的無變壓器光伏逆變器存在共模電壓威脅人身安全的問題,在非隔離光伏逆變器(Highly Efficient Reliable Inverter Concept,HERIC)拓?fù)涞幕A(chǔ)上,提出了一種新型的箝位型HERIC拓?fù)?。箝位型HERIC拓?fù)涫窃谀孀兤髦绷鬏斎腚娙莸闹悬c加入了另一個開關(guān)管,使整個工作過程中共模電壓保持不變。通過仿真發(fā)現(xiàn)這一理論是可行的。然后分別搭建HERIC逆變電路和箝位型HERIC逆變電路,通過對比實驗和數(shù)據(jù)分析驗證了仿真結(jié)果,證明了箝位型HERIC拓?fù)涞挠行院偷吐╇娏魈匦浴?
Abstract:
Key words :

  袁穎,馬海嘯

 ?。暇┼]電大學(xué) 自動化學(xué)院,江蘇 南京 210046)

       摘要:針對已有的無變壓器光伏逆變器存在共模電壓威脅人身安全的問題,在非隔離光伏逆變器(Highly Efficient Reliable Inverter Concept,HERIC)拓?fù)?/a>的基礎(chǔ)上,提出了一種新型的箝位型HERIC拓?fù)洹s槲恍虷ERIC拓?fù)涫窃谀孀兤髦绷鬏斎腚娙莸闹悬c加入了另一個開關(guān)管,使整個工作過程中共模電壓保持不變。通過仿真發(fā)現(xiàn)這一理論是可行的。然后分別搭建HERIC逆變電路和箝位型HERIC逆變電路,通過對比實驗和數(shù)據(jù)分析驗證了仿真結(jié)果,證明了箝位型HERIC拓?fù)涞挠行院偷吐╇娏魈匦浴?/p>

  關(guān)鍵詞:光伏逆變器;非隔離;拓?fù)?;共模電壓;箝?/p>

  中圖分類號:TM464文獻(xiàn)標(biāo)識碼:ADOI: 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.01.011

  引用格式:袁穎,馬海嘯.一種新型Heric光伏逆變器漏電流抑制技術(shù)研究[J].微型機(jī)與應(yīng)用,2017,36(1):35-37,43.

0引言

002.jpg

  圖1HERIC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨著新能源的興起,太陽能已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用,這其中包括光伏發(fā)電。傳統(tǒng)的光伏并網(wǎng)逆變器都是采用變壓器來進(jìn)行電隔離的,以此保障人身安全。但是,這也存在變壓器的使用大大降低了系統(tǒng)效率的缺點。近幾年來人們提出了多種無變壓器光伏逆變器拓?fù)洌@其中包括 HERIC拓?fù)?如圖1),該拓?fù)涫窃贖橋的橋臂兩端加上兩個反向的開關(guān)管進(jìn)行續(xù)流,以達(dá)到續(xù)流階段電網(wǎng)與光伏電池隔離的目的,這一創(chuàng)新具有極大的意義[14]。雖然較之前的變壓器其效率有很大提升,但該拓?fù)涞墓材k妷哼€是存在的,對人身安全還是有很大威脅。因此本文在HERIC拓?fù)渖线M(jìn)行改進(jìn),在其續(xù)流通道的中點接一開關(guān)管在直流輸入電容的中點,以達(dá)到箝位的目的,使得整個工作過程中共模電壓保持不變。

1新型HERIC拓?fù)湓斫榻B

  1.1控制方法

  新型HERIC拓?fù)淙鐖D2所示。

002.jpg

  圖2新型Heric拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開關(guān)管驅(qū)動信號時序圖如圖3所示。ugs1~ugs7 分別對應(yīng)S1~S7開關(guān)管的控制信號。其采用PWM控制方法[58]。三角波進(jìn)行上下平移。上三角載波vc1與調(diào)制波vr(正弦波)交截產(chǎn)生控制波形ugs1和ugs4,下三角載波vc2與調(diào)制波vr交截產(chǎn)生控制波形ugs2和ugs4。ugs1和ugs2取或非得到ugs5、ugs6、ugs7。

 

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  1.2工作原理

  該拓?fù)涞墓ぷ鬟^程有4個模態(tài)[9],如圖4所示。

004.jpg

 ?。?)模態(tài)1,正半周期,如圖4(a)所示,開關(guān)管S1、S4導(dǎo)通, 其余關(guān)斷。電流從正極出發(fā),經(jīng)過S1、Lf1、R、Lf2、S4,最后流回電源負(fù)極。該過程中uAN=VPV,uBN= 0,故共模電壓ucm=(uAN+uBN)/2=0.5 VPV。

 ?。?)模態(tài)2,正半周續(xù)流階段,如圖4(b)所示, S5、S6和S7導(dǎo)通,其余關(guān)斷。由于電感存在電流續(xù)流,依次流經(jīng)Lf1、R、Lf2、S6、S5,該過程中太陽能電池與電網(wǎng)隔離。當(dāng)Q點電位高于輸入電容中點電位時,二極管D1承受正向電壓導(dǎo)通,Q點電位被箝位至輸入電壓的一半。當(dāng)Q點電位低于輸入電容中點電位時,開關(guān)管S7的導(dǎo)通使Q點電位被箝位至輸入電壓的一半。整個續(xù)流階段,uAN=0.5 VPV,uBN=0.5 VPV,故共模電壓ucm=0.5 VPV。

005.jpg

 ?。?)模態(tài)3,負(fù)半周期,如圖4(c)所示,開關(guān)管S2、S3導(dǎo)通,其余關(guān)斷。電流從正端流出經(jīng)過S3、Lf2、R、Lf1、S2。該過程中uAN=0,uBN=VPV,故共模電壓ucm=0.5 VPV。

 ?。?)模態(tài)4,負(fù)半周續(xù)流階段,如圖4(d)所示,開關(guān)管S5、S6和S7導(dǎo)通,其余關(guān)斷。電流經(jīng)過Lf2、R、Lf1、S5和S6。原理同模態(tài)2。整個階段uAN=0.5 VPV,uBN=0.5 VPV,故共模電壓ucm=0.5 VPV。

  經(jīng)過分析可知,整個工作過程中共模電壓保持不變,故不會產(chǎn)生共模漏電流。

2仿真結(jié)果

  通過saber仿真軟件仿真的S1~S7開關(guān)管的控制信號波形如圖5所示。其中ugs1,4是S1和S4兩個開關(guān)管的的控制信號,ugs2,3是S2和S3的控制信號,ugs5,6,7是S5、S6、S7的控制信號。仿真輸出的電壓波形如圖6所示,為幅值在220 V左右的正弦波。

  

006.jpg

  圖7為共模電壓分析圖,uAN、uBN是橋臂中點A、B對負(fù)端N的電壓,共模電壓ucm=(uAN+uBN)/2,uo為逆變器輸出電壓,通過計算得知共模電壓ucm維持在180 V左右。

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  從saber仿真軟件得到的仿真波形來看,實驗設(shè)想是可行的,通過波形數(shù)值分析可知,是能夠保證整個工作過程中共模電壓保持不變的。

3實驗結(jié)果

012.jpg

  為了驗證實驗的正確性,現(xiàn)分別搭建HERIC逆變電路和箝位型Heric逆變電路,并在相同功率下比較實驗結(jié)果。實驗樣機(jī)參數(shù)如表1所示[1011]。圖8、圖9分別是HERIC逆變電路和箝位型HERIC逆變電路的實驗波形。Icm為漏電流,通過示波器對漏電流Icm進(jìn)行頻譜分析(FFT)。

008.jpg

011.jpg

  通過比較圖8(a)和圖9(a)的波形可知,箝位型HERIC逆變器拓?fù)涞墓材k妷狠^HERIC逆變器拓?fù)涞玫胶芎每刂疲ㄐ胃悠椒€(wěn),共模電壓始終維持在直流輸入電壓的1/2左右。比較圖8(b)和圖9(b), FFT分析結(jié)果顯示,HERIC拓?fù)涞穆╇娏鞔笮? mA,而箝位型HERIC拓?fù)渲挥?.5 mA。

4結(jié)論

  本文提出的新型箝位型HERIC逆變器拓?fù)湓谡麄€周期可產(chǎn)生恒定的共模電壓,且比HERIC拓?fù)渚哂懈玫墓材k妷阂种谱饔?,降低了漏電流?/p>

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