袁穎，馬海嘯

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

       摘要：針對(duì)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(diǎn)加入了另一個(gè)開關(guān)管，使整個(gè)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(duì)比實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析驗(yàn)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(hào)：TM464文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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

　　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(diǎn)。近幾年來人們提出了多種無變壓器光伏逆變器拓?fù)?，這其中包括 HERIC拓?fù)?如圖1)，該拓?fù)涫窃贖橋的橋臂兩端加上兩個(gè)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(duì)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(diǎn)接一開關(guān)管在直流輸入電容的中點(diǎn)，以達(dá)到箝位的目的，使得整個(gè)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。

　　圖2新型Heric拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)序圖如圖3所示。ugs1～ugs7 分別對(duì)應(yīng)S1～S7開關(guān)管的控制信號(hào)。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。

　　1.2工作原理

　　該拓?fù)涞墓ぷ鬟^程有4個(gè)模態(tài)［9］，如圖4所示。

　　（1）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(diǎn)電位高于輸入電容中點(diǎn)電位時(shí)，二極管D1承受正向電壓導(dǎo)通，Q點(diǎn)電位被箝位至輸入電壓的一半。當(dāng)Q點(diǎn)電位低于輸入電容中點(diǎn)電位時(shí)，開關(guān)管S7的導(dǎo)通使Q點(diǎn)電位被箝位至輸入電壓的一半。整個(gè)續(xù)流階段，uAN=0.5 VPV，uBN=0.5 VPV，故共模電壓ucm=0.5 VPV。

　?。?）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(gè)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(gè)工作過程中共模電壓保持不變，故不會(huì)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(hào)波形如圖5所示。其中ugs1,4是S1和S4兩個(gè)開關(guān)管的的控制信號(hào)，ugs2,3是S2和S3的控制信號(hào)，ugs5,6,7是S5、S6、S7的控制信號(hào)。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。

　　圖7為共模電壓分析圖，uAN、uBN是橋臂中點(diǎn)A、B對(duì)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(jì)算得知共模電壓ucm維持在180 V左右。

　　從saber仿真軟件得到的仿真波形來看，實(shí)驗(yàn)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(gè)工作過程中共模電壓保持不變的。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)波形。Icm為漏電流，通過示波器對(duì)漏電流Icm進(jìn)行頻譜分析（FFT）。

　　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?，波形更加平穩(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€(gè)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>

　　參考文獻(xiàn)

　　［1］ 馬琳. 無變壓器結(jié)構(gòu)光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)淇刂蒲芯浚跠］. 北京：北京交通大學(xué)，2011.

　　［2］ 張犁,孫凱,馮蘭蘭,等.一種低漏電流六開關(guān)非隔離全橋光伏并網(wǎng)逆變器［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012,32(15)：1-7.

　?。?］ 惠晶，方光輝.新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

　　［4］ 肖華鋒,劉隰蒲,蘭科. 一種零電壓轉(zhuǎn)換H6結(jié)構(gòu)非隔離光伏并網(wǎng)逆變器［J］. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)， 2014，34(3)：363-370.

　?。?］ 吳學(xué)智,尹靖元,楊捷. 新型的無隔離變壓器單相光伏并網(wǎng)逆變器［J］. 電網(wǎng)技術(shù)， 2013，37(10)：2712-2718.

　?。?］ GONZALEZ R,GUBIA E,LOPEZ J， et al. Transformerless singlephase multilevelbased photovoltaic inverter［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics,2008,55(7): 2694-2702.