新型非隔離光伏并網(wǎng)逆變器探究

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1、新型非隔離光伏并網(wǎng)逆變器探究　　摘要：本文研究了一種新型非隔離并網(wǎng)逆變器，詳細(xì)分析此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作原理，在此基礎(chǔ)上，建立了考慮寄生參數(shù)的共模漏電流模型。比較分析了H6橋和新型非隔離并網(wǎng)逆變器的漏電流大小、開關(guān)損耗、穩(wěn)定性及效率。理論計算和仿真結(jié)果表明新型非隔離并網(wǎng)逆變器的性能優(yōu)于H6橋逆變器。關(guān)鍵詞：逆變器；漏電流；共模電壓；開關(guān)損耗中圖分類號：F40文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A早期的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)輸出端一般安裝工頻隔離變壓器，實現(xiàn)電壓調(diào)整和電氣隔離，以保證系統(tǒng)安全可靠運行。然而，工頻隔離變壓器體積龐大，成本高，損耗大，影響系

2、統(tǒng)整機效率。若采用高頻變壓器實現(xiàn)PV和電網(wǎng)的電氣隔離，可降低系統(tǒng)體積、質(zhì)量和成本，但系統(tǒng)效率并沒有明顯改善，因此，非隔離光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)成為目前研究的熱點，它具有效率高、體積小、質(zhì)量輕和成本低等優(yōu)點，但變壓器的消除使得PV和電網(wǎng)之間有了電氣連接，漏電流可能會大幅增加，帶來傳導(dǎo)和輻射干擾，增加進(jìn)網(wǎng)電流諧波以及損耗，甚至危及設(shè)備和人員安全。因此共模電流的消除成為了非隔離式并網(wǎng)逆變器得以普及而必須跨越的障礙。6針對上述問題，本文研究了一種非隔離單相光伏并網(wǎng)逆變器，相對于文獻(xiàn)提到的拓?fù)?，此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不但有效的解決漏電流問

3、題，且具有通態(tài)損耗小、效率高、穩(wěn)定性強等優(yōu)點。1新型逆變器的工作原理1.1新型非隔離并網(wǎng)逆變器對于一個光伏逆變器而言，要想做到高效率和高穩(wěn)定性，必須滿足以下幾個要求：其一，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，逆變器必須避免直通問題；其二，為保證輸出電流波形不發(fā)生畸變，在不導(dǎo)致管子損壞的情況下，應(yīng)避免設(shè)死區(qū)時間；其三，共模漏電流要小；最后，在保證系統(tǒng)安全的情況下，盡量使用性能好的MOS管來提高系統(tǒng)的效率。文獻(xiàn)提出的這種新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均滿足上述要求，下面我將針對這種新型的拓?fù)渥鲈敿?xì)的分析和介紹。圖1為新型非隔離并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)圖，它

4、由六個開關(guān)管（S1～S6）、六個二極管（D1～D6）和兩個獨立的耦合電感L1和L2所構(gòu)成。二極管D1～D4分別用于鉗位S1～S44個開關(guān)管的壓降。S5、D5和S6、D6則是用來提供續(xù)流通道，使得續(xù)流階段直流側(cè)與電網(wǎng)斷開，抑制共模電壓的變化。正半周期，開關(guān)管S1、S3的驅(qū)動信號以開關(guān)頻率高頻動作，S5則工作在工頻開關(guān)狀態(tài)，而S2、S4、S6的驅(qū)動信號一直處于低電平不工作狀態(tài)。負(fù)半周工作方式與之類似。具體工作方式如下：61）工作模態(tài)1，功率處理模態(tài)，進(jìn)網(wǎng)電流為正半周，開關(guān)管S1、S3導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷。2）工作模態(tài)

5、2，續(xù)流模態(tài)，進(jìn)網(wǎng)電流正半周，開關(guān)管S5導(dǎo)通，二極管D5導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷。3）工作模態(tài)3，功率處理模態(tài)，進(jìn)網(wǎng)電流負(fù)半周，開關(guān)管S2、S4導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷。4）工作模態(tài)3，續(xù)流模態(tài)，進(jìn)網(wǎng)電流負(fù)半周，開關(guān)管S6導(dǎo)通，二極管D6導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷。通過上述分析可知，功率傳輸模態(tài)，進(jìn)網(wǎng)電流只流過兩個開關(guān)管，故器件導(dǎo)通損耗??；由于不存在直通問題，在PWM輸出瞬間或電網(wǎng)過零點瞬間不需要設(shè)死區(qū)時間，避免了輸出波形畸變。共模分析模型如圖2所示，以電池板負(fù)端N為參考點，在電網(wǎng)正半周，輸出點1和3對N點的電位是由開關(guān)管S1

6、和S3所控制的，當(dāng)上管S1導(dǎo)通時，1點對N點的電位即為直流母線電壓；而下管S3開通時，3點對N的電位為零；當(dāng)S1和S3關(guān)斷、S5續(xù)流時，1和3對N點電位均為直流母線電壓的一半。因此，光伏陣列和開關(guān)管的綜合作用就可以等效為在1、N和3、N兩端分別加入兩個以開關(guān)管頻率變化的等效方波電源，V1N的幅度大小為直流母線電壓和直流母線電壓的一半，V3N的幅度大小為直流母線電壓的一半和零。V2N和V4N則為負(fù)半周的等效方波電源。2兩種拓?fù)涞膿p耗及效率比較6為了將文獻(xiàn)提出的H6拓?fù)浜托滦湍孀兤魍負(fù)涞男蔬M(jìn)行比較，特選用相同的功率

7、器件，IGBT型號為IRG4PH71UD，二極管則選用APT30DQ60B。表1為兩種拓?fù)湓赨pv=360V、開關(guān)頻率20KHZ、PO=1000W時，器件損耗和效率的理論計算值，計算方法參考文獻(xiàn)。結(jié)合表1、圖1以及參考文獻(xiàn)所提的H6拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可知，H6在電網(wǎng)正負(fù)半周均有3只管子導(dǎo)通，而新型拓?fù)湓谡?fù)半周僅有兩只管子導(dǎo)通，且新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)S1～S6不存在反向恢復(fù)問題。因此，在相同額定功率和電壓條件下，當(dāng)H6拓?fù)浜托滦屯負(fù)渚捎肐GBT時，H6拓?fù)涞耐☉B(tài)損耗比新型拓?fù)涓?，所以效率略低于新型拓?fù)洹６?dāng)新型拓?fù)洳捎贸Y(jié)MOS

8、FET管時，效率能達(dá)到99.1%。3共模漏電流仿真分析通過上述的分析，對新型非隔離并網(wǎng)逆變器進(jìn)行仿真驗證。仿真軟件采用PSIM，為了方便系統(tǒng)仿真，將PV陣列用直流電壓源代替并且VPV=400V，輸入直流段的電容Cdc=100nF，寄生電容Cpv=50n，開關(guān)管頻率fSW=20KHz，輸出濾波電感L=0.9mH，電網(wǎng)頻率fg=50Hz，電網(wǎng)電壓Vg=220V，輸出功率PO=