新型單相雙Buck光伏逆變器的設(shè)計方案解析

　引言
　　太陽能作為一種無污染的能源，有關(guān)其利用的研究一直是人們研究的熱點。為了提高太陽能的電能轉(zhuǎn)化效率，光伏并網(wǎng)逆變器的研究是光伏利用的重點。對于光伏并網(wǎng)逆變器，其拓撲結(jié)構(gòu)按照變壓器可以分為：
　　高頻變壓器型，工頻變壓器型和無變壓器型。高頻變壓器體積小，重量輕，效率高，但是控制較為復(fù)雜；工頻變壓器體積大，重量重，結(jié)構(gòu)簡單；為了能夠提高光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的效率和降低成本，在沒有特殊要求的時候可以采用無變壓器型的拓撲結(jié)構(gòu)。但是，由于沒有變壓器，輸入輸出沒有電氣隔離，光伏模塊的串并聯(lián)構(gòu)成的光伏陣列對地的寄生電容變大，而且該電容受外界環(huán)境影響較大，由此產(chǎn)生的共模電流將會很大，對于漏電流的研究，現(xiàn)已有多種解決方案：當(dāng)全橋逆變器采用單極性調(diào)制方式時，存在一開關(guān)頻率脈動的共模電壓，而采用雙極性調(diào)制方式時，共模電壓不變，其幅度等于母線電壓的一半；在半橋逆變器中，對地寄生電容電壓亦被輸入分壓大電容鉗位在母線電壓的一半，基本保持不變。這些都是基于橋式電路解決漏電流的方法，近年來出現(xiàn)了一種雙Buck逆變器結(jié)構(gòu)，這種逆變器具有無橋臂直通，體二極管不工作，雙極性工作等突出特點，因而應(yīng)用廣泛。本文提出一種新型的三電平雙Buck逆變器的方案，并置定相應(yīng)的控制策略實現(xiàn)最大功率點的跟蹤和并網(wǎng)控制。
　　三電平雙Buck逆變器的總體方案
　　如圖1所示，為雙Buck逆變器的電路拓撲結(jié)構(gòu)圖，雙Buck逆變器采用的是半周期工作模式，當(dāng)輸出電流在正半周時，功率管S1、續(xù)流二極管D1、濾波電感L1和濾波電容Cf共同構(gòu)成了Buck1電路。當(dāng)輸出電流為負半周時，功率管S2、續(xù)流二極管D2、濾波電感L2和濾波電容Cf共同組成Buck2電路，兩條Buck電路不同時工作。相比于傳統(tǒng)的橋式逆變電路，電路無橋臂直通的可能，體二極管也不用參與工作過程。但是，這種情況下，功率管S1和S2在工作的半個周期內(nèi)所承受的電壓時直流母線電壓Ud的兩倍。由于其橋臂本身輸出的電壓波形依然是雙極性的，所以其諧波含量依舊很大。
　　
　　通過在雙Buck逆變器拓撲結(jié)構(gòu)上進行優(yōu)化，用兩個功率管和快恢復(fù)型二極管的組合開關(guān)電路（即S1&S3&D3和S4&S2&D4）替代原先的橋臂上的功率管。得到如圖2所示的新型三電平雙Buck逆變拓撲結(jié)構(gòu)。
　　
　　這種新型的三電平雙Buck逆變器依據(jù)是半周期工作模式：當(dāng)輸出電感電流iL為正半周時，Buck1電路工作，當(dāng)電感電流為負半周時，Buck2電路工作。其具體的工作模態(tài)如表1所示。經(jīng)過優(yōu)化的三電平雙Buck逆變器由于將其對地的寄生電容電壓牽制在輸入電壓的一半，所以其漏電流為零。