基于改進(jìn)型全橋電路的非隔離光伏并網(wǎng)逆變器

　　1．非隔離光伏并網(wǎng)逆變器

　　1.1光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

　　光伏發(fā)電對(duì)世界能源的貢獻(xiàn)逐年增大，這有目共睹。

　　IEA PVPS的數(shù)據(jù)顯示，2009年該項(xiàng)目成員國(guó)共安裝光伏容量6.2GW（全球安裝約7GW），其中超過(guò)95%為并網(wǎng)系統(tǒng)，如圖1。

　　圖1光伏發(fā)電對(duì)世界能源的貢獻(xiàn)逐年增加

　　數(shù)據(jù)來(lái)源：IEA PVPS，International Energy Photovoltaic Power Systems Programme

　　1.2光伏發(fā)電系統(tǒng)

　　光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏電池陣列和并網(wǎng)逆變器組成（如圖2）。其中并網(wǎng)逆變器對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的性能和成本起著重要的決定作用。

　　按照是否帶變壓器，并網(wǎng)逆變器可以分為隔離型和非隔離型，包括：工頻隔離并網(wǎng)逆變器、高頻隔離并網(wǎng)逆變器、非隔離并網(wǎng)逆變器（單級(jí)式和多級(jí)式）等。

　　工頻隔離并網(wǎng)逆變器（如圖3）具有電氣隔離、消除電流直流分量等優(yōu)點(diǎn)，但體積重量大、價(jià)格高，只有94%—96%的系統(tǒng)效率。

　　高頻隔離并網(wǎng)逆變器（如圖4）具有電氣隔離、體積、重量、成本降低等優(yōu)勢(shì)，但系統(tǒng)效率只有90%—95%。

　　非隔離并網(wǎng)逆變器分為單級(jí)式非隔離并網(wǎng)逆變器和兩級(jí)式非隔離并網(wǎng)逆變器。單級(jí)式非隔離并網(wǎng)逆變器適合更高PV電壓和功率；而兩級(jí)式非隔離并網(wǎng)逆變器適合寬電壓范圍的PV陣列，它們都具有98.8%的最高效率，體積小、重量輕、成本低，但其缺點(diǎn)是電池板和電網(wǎng)之間出現(xiàn)電氣連接。

　　圖2光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

　　圖3工頻隔離并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)圖

　　電氣連接為漏電流提供了流通路徑，是高效率的非隔離光伏并網(wǎng)逆變器應(yīng)用的最大障礙。漏電流問(wèn)題會(huì)產(chǎn)生寄生電容150nF/kWp，引起開(kāi)關(guān)頻率共模電壓源。目前大多采用電路結(jié)構(gòu)SPWM調(diào)制的策略。

　　圖4高頻隔離并網(wǎng)逆變器

　　2.非隔離并網(wǎng)逆變器常用電路拓?fù)?/p>

　　過(guò)去，我們常采用雙極性SPWM調(diào)制的全橋并網(wǎng)逆變器（圖5為其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)），因?yàn)槠湫什桓撸?yīng)用在小功率場(chǎng)合，而且沒(méi)有專(zhuān)利壁壘。

　　圖5雙極性SPWM調(diào)制的全橋并網(wǎng)逆變器的拓

　　這里我們要介紹幾種具有專(zhuān)利的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　2.1 Sunways公司的專(zhuān)利拓?fù)洌▓D6）

　　單相兩級(jí)式系列：AT 2700/3000/3600/4500/5000：

　　單相單級(jí)式系列：NT 2500/3700/4200/5000；

　　三相兩級(jí)式系列：Three-phase IxIT 10000/11000/12000。

　　圖6 Sunways公司的專(zhuān)利拓?fù)?/p>

　　2.2 SMA公司的專(zhuān)利拓?fù)洌▓D7）

　　單相兩級(jí)式系列：SB3000TL/4000TL/5000TL;

　　單相單級(jí)式系列：SMC6000TL /7000TL /8000TL

　　/9000TL /10000TL /11000Tlo

　　圖7SMA公司的專(zhuān)利拓?fù)?/p>

　　2.3半橋型拓?fù)?/p>

　　二電平SPWM半橋無(wú)專(zhuān)利壁壘，因而被廣泛采用；此外，還有單極性SPWM三電平半橋。

　　3．改進(jìn)型全橋非隔離光伏并網(wǎng)逆變器

　　先來(lái)看單相并網(wǎng)逆變器的漏電流分析的模型（如圖8）是如何解決單相并網(wǎng)逆變器的漏電流問(wèn)題的。

　　濾波支路：受進(jìn)網(wǎng)濾波器、EMI濾波器和電網(wǎng)寄生參數(shù)支配，對(duì)共模電流回路阻抗起主導(dǎo)作用；

　　寄生支路：由橋臂中點(diǎn)寄生電容構(gòu)成，對(duì)共模電流回路阻抗起影響作用：

　　我們通過(guò)單相并網(wǎng)逆變器的漏電流分析模型（如圖9）歸納出兩種消除漏電流的途徑：

　?。?）在電路和寄生參數(shù)對(duì)稱(chēng)的前提下（即滿足

　　圖8單相并網(wǎng)逆變器的漏電流分析的模型

　　圖9單相并網(wǎng)逆變器的漏電流分析的模型

　　VCM-DM：0），SPWM開(kāi)關(guān)方式產(chǎn)生的VCM電壓為恒值；

　?。?）SPWM開(kāi)關(guān)方式產(chǎn)生的VCM電壓為高頻時(shí)變時(shí)，通過(guò)電路參數(shù)匹配使得VCM+VCM-DM=consto。

　　全橋類(lèi)單相并網(wǎng)逆變器漏電流抑制技術(shù)包括：

　?。?） 在電路和寄生參數(shù)對(duì)稱(chēng)的前提下（即滿足VCM-DM：O）SPWM開(kāi)關(guān)方式產(chǎn)生的v電壓為恒值。

　　常見(jiàn)電路有以下幾種：

　　帶交流旁路環(huán)節(jié)的全橋電路；

　　帶直流旁路環(huán)節(jié)的全橋電路；

　　帶直流側(cè)旁路箝位的全橋電路；

　　基于功能和效率優(yōu)化的改進(jìn)型全橋電路。

　　加入一支可控開(kāi)關(guān)管和分壓電容構(gòu)成雙向箝位支路。