袁穎，馬海嘯

　　（南京郵電大學 自動化學院,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）拓撲的基礎上，提出了一種新型的箝位型HERIC拓撲。箝位型HERIC拓撲是在逆變器直流輸入電容的中點加入了另一個開關管，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)分析驗證了仿真結果，證明了箝位型HERIC拓撲的有效性和低漏電流特性。

　　關鍵詞：光伏逆變器；非隔離；拓撲；共模電壓；箝位

　　中圖分類號：TM464文獻標識碼：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研究［J］.微型機與應用，2017,36（1）：35-37,43.

0引言

　　圖1HERIC拓撲結構隨著新能源的興起，太陽能已經(jīng)得到了廣泛應用，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撲，這其中包括 HERIC拓撲(如圖1)，該拓撲是在H橋的橋臂兩端加上兩個反向的開關管進行續(xù)流，以達到續(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，但該拓撲的共模電壓還是存在的，對人身安全還是有很大威脅。因此本文在HERIC拓撲上進行改進，在其續(xù)流通道的中點接一開關管在直流輸入電容的中點，以達到箝位的目的，使得整個工作過程中共模電壓保持不變。

1新型HERIC拓撲原理介紹

　　1.1控制方法

　　新型HERIC拓撲如圖2所示。

　　圖2新型Heric拓撲結構開關管驅動信號時序圖如圖3所示。ugs1～ugs7 分別對應S1～S7開關管的控制信號。其采用PWM控制方法［58］。三角波進行上下平移。上三角載波vc1與調制波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

　　該拓撲的工作過程有4個模態(tài)［9］，如圖4所示。

　　（1）模態(tài)1，正半周期，如圖4(a)所示，開關管S1、S4導通， 其余關斷。電流從正極出發(fā)，經(jīng)過S1、Lf1、R、Lf2、S4，最后流回電源負極。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導通，其余關斷。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承受正向電壓導通，Q點電位被箝位至輸入電壓的一半。當Q點電位低于輸入電容中點電位時，開關管S7的導通使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。

　?。?）模態(tài)3，負半周期，如圖4(c)所示，開關管S2、S3導通，其余關斷。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，負半周續(xù)流階段，如圖4(d)所示，開關管S5、S6和S7導通，其余關斷。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仿真結果

　　通過saber仿真軟件仿真的S1～S7開關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。

　　圖7為共模電壓分析圖，uAN、uBN是橋臂中點A、B對負端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。

　　從saber仿真軟件得到的仿真波形來看，實驗設想是可行的，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實驗結果

　　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果。實驗樣機參數(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逆變器拓撲的共模電壓較HERIC逆變器拓撲得到很好控制，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分析結果顯示，HERIC拓撲的漏電流大小為7 mA，而箝位型HERIC拓撲只有3.5 mA。

4結論

　　本文提出的新型箝位型HERIC逆變器拓撲在整個周期可產(chǎn)生恒定的共模電壓，且比HERIC拓撲具有更好的共模電壓抑制作用，降低了漏電流。

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