单相无变压器型光伏并网逆变器的拓扑结构及共模电流分析_沈友朋
光伏并网单相逆变器拓扑结构分析与比较
Ｖｏ １ ． １ ２． Ｎｏ ． ３ Ｓ ｅ ｐ．， ２ ０１ ４
２ ０ １ ４年 ９月
文章编 号 ： １ ６ ７ ２— ２ ５ ５ ８ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３—０ ０ ２ ９— ０ ８
投稿 网址 ： ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｘ ｂ ． ｎ ｊ ｉ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
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光 伏 并 网 单 相 逆 变 器 拓 扑 结 构 分 析 与 比 较
李先允 ， 彭 浩 ， 刘 海彬
（ １ ．南京工程学院， 江苏 南京 ２ １ １ １ ６ ７ ； ２ ．常州博瑞电力 自动化设备有限公 司， 江苏 常州 ２ １ ３ ０ ０ ０ ）
摘 要： 按 照不 同分类方式 ， 对单相逆 变器拓扑结构进行分析 ， 比较指 出几种 常用拓扑形 式逆 变电路在 功能 、 效率 、
随着世 界 能源需 求 不断增 加 ， 作 为清 洁环 保 、 分 布 广泛 的新 能源 ， 光 伏 发 电技 术 正 受 到越 来越 多 的研
究． 在 光伏 发 电技术 中 ， 逆变 器作 为整 个 系统 的核 心器 件 ， 承担 着 将光 伏 阵 列发 出 的直 流 电转 变 为 交流 电 的任务 ， 影 响整 个光 了提 高 并 网逆 变 器 的效 率 、 可靠性 、 供 电质 量等 性 能 ， 各 类拓 扑结 构被 相 继提 出 ． 传 统 的光 伏并 网发 电 系统先 将太 阳能 电池板 分组 串联 ， 使 之达 到一 定 的电压 等级 ， 再并 联起 来组 成光
光伏并网逆变器拓扑结构的研究
光伏并网逆变器拓扑的研究陈德双，陈增禄（西安工程大学电子信息学院，西安 710048）摘要：本文介绍了多种光伏并网逆变器常用的拓扑方案，分析了各自拓扑结构的特点、功率及适用场合，对逆变器的选型与设计提供了借鉴和参考。
关键词：光伏并网；并网逆变器；拓扑结构；Buck-boost ；三相1 引言跨入21世纪之后，全球正在面临能源危机，新能源已经成为世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。
太阳能光伏发电技术作为新能源的重要一员得到了持续的发展。
太阳能光伏发电系统可区分为两大类：一是独立系统，二是并网系统。
独立系统是由太阳能电池直接给负载提供功率，多用于向偏远无电地区供电，易受到诸如时间和季节的影响。
独立系统结构图如图1-1所示。
图1-1 独立系统结构图随着电力电子技术的进步和控制理论的发展，光伏并网发电已经成为太阳能利用的主要形式。
并网发电系统的特点是通过控制逆变器，直接将太阳能电池阵列发出的直流电转换为交流电，输向电网，如图1-2所示。
寻求高性能、低造价的光伏材料和器件以减小光伏发电系统的自身损耗是其研究热点之一。
作为光伏阵列与电网系统间进行能量变换的逆变器，其安全性、可靠性、逆变效率、制造成本等因素对发电系统的整体投资和收益具有举足轻重的地位。
因此，对于拓扑结构的合理选择、提高系统效率和降低生产成本有着极其重要的意义。
图1-2 并网发电系统结构图太阳光2 光伏并网逆变器拓扑方案并网逆变器作为并网发电系统进行电能变换的核心，具体电路拓扑众多，根据直流侧电源性质的不同可分为两种：电压型逆变器和电流型逆变器，结构如图2-1。
电流型逆变器，其直流侧输入为电流源，需要串联一大电感提供较为稳定的直流电流输入，但此大电感会导致系统动态响应差，因此当前世界范围内大部分并网逆变器均采用直流侧以电压源为输入的电压型逆变器。
根据逆变器的输入端和输出端是否隔离，可将逆变器分为隔离型和非隔离型。
隔离型逆变器一般都采用变压器进行隔离。
一种改进型的单相无变压器型PV逆变器拓扑结构
摘 要 ： 无 变 压 器 型 光伏 并 网 系 统 的 共 模 电流 的 产 生 机 理 进 行 了详 细 的 分 析 ， 详 细 地 分 析 和 研 究 了 单 对 并
相 全 桥 拓 扑 结 构 。在 此 基 础 上 提 出 了一 种 新 的无 变 压 器 型 拓 扑 结 构 ， 通 过 理 论 分 析 和仿 真 研 究 验证 了 该 拓 并 扑 可 有 效 地 抑 制 共 模 电 流 。通 过 和 几 种 现有 拓 扑 结 构 的 比 较 ， 出 的 改 进 型 拓 扑 结 构 可 提 高 系 统 效 率 ， 有 提 具
Ｕｎｖ ｒｉ ， ｎ ｈ ｎ ３ ０ ３ Ｊ ａ ｇ ， ｉａ ｉ ｅｓｔ Ｎａ ｃ ａ ｇ ３ ０ １ ， ｉ ｎ ｘｉＣｈ ｎ ） ｙ
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Ｅ Ｅ Ｔ ＣＤＲ ＶＥ ２ １ Ｖｏ． １ Ｎｏ ７ Ｌ Ｃ ＲＩ Ｉ ０ １ １４ ．
电 气传 动 ２ １ 年 第 ４ ０１ １卷 第 ７ 期
无变压器光伏并网逆变器的拓扑结构
22６／２０１０收稿日期：2010-10-20作者简介：沈友朋（1986-），男，硕士研究生，研究方向为电力电子技术与电力传动；宋平岗（1965-），男，博士，教授，研究方向为电力电子与再生能源系统。
无变压器光伏并网逆变器的拓扑结构沈友朋，宋平岗（华东交通大学电气与电子工程学院，江西南昌330013）摘 要：详细地分析了无变压器光伏并网系统的共模电流产生机理。
用不同的控制方法分析了单相无变压器全桥拓扑结构的共模电流，并对一种新的拓扑结构进行了分析和仿真研究；同时介绍了几种不同的三相无变压器拓扑结构，并作了简单的分析和仿真。
最后分别比较了单相和三相无变压器光伏并网逆变器拓扑结构的不同。
关键词：无变压器拓扑结构；光伏并网逆变器；共模电流中图分类号：TM464；TM615 文献标识码：A 文章编号：1671-8410(2010)06-0022-05Topology Structures of Transformerless Photovoltaic InvertersSHEN You-peng ，SONG Ping-gang(East China Jiaotong University, School of Electrical and Electronic Engineering, Nanchang, Jiangxi 330013, China)Abstract: It is analyzed detailedly the mechanism of common mode current for the transformerless photovoltaic inverter system.Different control methods are used to analyze the common mode current of single-phase transformerless full-bridge topology, and a new topology is also analyzed and simulated. It introduces several different three-phase transformerless topologies, and makes a simple analysis and simulation. Finally, the differences of single-phase and three-phase transformerless photovoltaic inverter topologies are compared.Key words:transformerless topology; PV inverter; common mode current０引言在光伏（PV ）并网系统中一般会采用带变压器的光伏并网逆变器。
无变压器型单相光伏并网逆变器的设计
MPPT 控制，并在电压电流双循环中采用电流无差拍算法。
在检测电网电压的频率相位后，通过无差拍算法求出逆变器各开关管的导通时间，使得输出电流可以跟随电网电压的频率相位达到输出的功率因数为1。
1单相光伏并网逆变器的结构无变压器型光伏并网逆变器采用两级式光伏逆变结构：由Boost 电路为主体的MPPT 环节和由单相逆变器组成的并网逆变环节。
具体结构如图1所示。
图1中Boost 电路通过改变功率管的占空比α改变光伏侧的输出电压完成最大功率跟踪控制，同时提高直流侧电压。
并网逆变器通过检测电网侧电压的频率和相位，采用电压电流双死循环控制，使得单相并网逆变器产生与电网电压同频同相的电流波形。
2MPPT 原理及Boost 斩波电路分析依据光伏电池串并联组成光伏数组结构，采用能够满足工程应用精度且易于分析的并联二极管光伏数组模型来分析其输出特性。
在一定条件下，考虑温度变化的光伏数组U －I 方程[5-6]为:I =N p I sc ·{1－C 1[exp （U －d U2s oc）－1]}+d I（1）式中：U oc 与I sc 分别为光伏电池的开路电压和短路电流；U 和I 分别为最大功率点电压和电流；C 1收稿日期：2016-06-02作者简介：葛鹏江（1986—），男，陕西兴平人，硕士，工程师，目前主要从事新能源接入电网规划分析等研究工作。
E-mail:gepj1025@图1无变压器型单相光伏并网结构Fig.1Transformerless single phase grid －connectedphotovoltaic structure增刊与C 2分别为参考辐射强度下电流和电压温度变化系数；N p 与N s 分别为光伏数组中光伏电池的串并联数。
光伏电池在一定太阳辐射强度及环境温度下的输出功率为：P =U I （1－K lo ）（2）式中：K lo 为光伏数组中光伏电池的串并联损耗系数。
光伏最大功率跟踪原理分析过程如下：具有恒流源特性的光伏电池可以等效为电压源和一个可变电阻的串联，具体等效模型如图2Boost 电路和负载可等效为一个大小随α和负载R 1变化而变化的可控电阻R eq 。
无变压器光伏并网发电逆变器文献综述
单相无变压器光伏逆变器文献综述摘要：无变压器光伏并网逆变器各种拓扑相继被提出，与传统光伏并网逆变器相比,无变压器光伏逆变器具有更高的效率,更小的体积和重量等优点。
但是，单相无变压器光伏逆变器在解决了传统光伏逆变器的一些缺点后，又引出了一些新的问题，比如具有共模漏电流，谐波的存在，电网存在直流分量等。
本文总结了近两年的文献，对研究热点进行了总结，并提出了一些看法。
关键字：单相无变压器光伏逆变器共模漏电流谐波1 引言在追求低碳生活的今天，太阳能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。
太阳能光伏并网发电是太阳能光伏利用的主要发展趋势, 必将得到快速的发展。
在并网型光伏发电系统中,逆变器是系统中最末一级变换装置,其效率的高低、可靠性的好坏将直接影响整个系统的性能。
随着光伏并网技术的不断进步，具有体积小、效率高、成本低等诸多优点的无变压器非隔离型并网逆变器受到越来越多的关注，将是未来并网逆变器的发展方向。
但是无变压器光伏逆变器的应用也带来了一些问题，随着隔离变压器的去除，电网侧与直流侧没有了电气隔离，直流侧与网侧有了直接的电气连接，以及太阳能电池阵列与大地之间存在寄生电容，会使系统产生漏电流，是无变压器光伏逆变器中存在的最严重的问题；此外，网侧谐波的抑制、器件的开关与导通损耗的减少、无功功率的控制、共模电压波动的抑制、输入电网的直流分量的消除、系统的稳定性与可靠性的提高等是急需解决的问题。
2.单相无变压器光伏逆变器的研究热点归纳2.1共模漏电流的抑制光伏逆变器去掉变压器使得电网和太阳能电池板之间存在直接的电气连接，以及光伏板与大地之间的杂散电容的存在，提供了共模漏电流产生所需的导电回路。
共模漏电流一方面会降低系统的发电质量和转换效率，带来严重的电磁干扰问题；另一方面会增加安全隐患。
因此，如何抑制和消除共模漏电流是无变压器光伏并网逆变器必须解决的问题。
目前对共模漏电流抑制的研究主要集中在三个方面：优化逆变器电路结构、提出新的控制策略、新型电力电子器件在逆变器中的应用。
中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会
单相非隔离型光伏并网逆变器中共模电流抑制的研究孙龙林1 张 兴1 许 颇2 赵 为2 曹仁贤21)合肥工业大学电气工程学院，合肥 230009 2) 合肥阳光电源有限公司，合肥 2300881)Email ：sunlonglin321@摘 要 在无变压器的非隔离型光伏并网系统中，电网和光伏阵列之间存在电气连接。
由于光伏阵列和地之间存在寄生电容，会产生共模电流，这便增加了电磁辐射和安全隐患。
为此，应设法抑制非隔离型光伏并网逆变器中的共模电流。
本文首先分析了无变压器的光伏并网系统中产生共模电流的原因，从单相半桥和全桥拓扑结构出发，在得出共模电流抑制基本规律的基础上，研究了几种能有效抑制共模电流的拓扑结构。
最后，对这几种拓扑结构的损耗进行了比较研究。
关键词 光伏并网；逆变器；共模电压；共模电流；H51引言光伏并网系统中常采用带工频或高频变压器的隔离型光伏并网逆变器，这样确保了电网和光伏系统之间的电气隔离，从而提供人身保护并避免了光伏系统和地之间的漏电流。
然而，若采用工频变压器，其体积大、重量重且价格昂贵；若采用高频变压器，功率变换电路将被分成数级，使得控制复杂化，同时还降低了系统的效率。
为了克服上述有变压器的隔离型并网系统的不足，需研究无变压器的非隔离型逆变器拓扑。
无变压器拓扑的一个突出的优点是能够提高整个系统的效率，可达到97~98%[1-2]。
这对于发电成本较高的光伏并网系统来说具有很大的吸引力。
然而，目前对光伏并网系统的研究大都集中最大功率点跟踪和孤岛检测等理论研究方面[3-4]，而对相关工程问题的研究相对较少，如共模问题。
本文对非隔离型单相并网逆变器中共模电流抑制的问题进行了研究。
如图1所示，在无变压器的非隔离型光伏并网系统中，电网和光伏阵列之间存在直接的电气连接，由于光伏阵列和地之间存在寄生电容，从而形成了由寄生电容、滤波元件和电网阻抗组成的共模谐振回路。
而寄生电容上变化的共模电压则能够激励这个谐振回路从而产生相应的共模电流。
无变压器结构光伏并网逆变器拓扑及控制研究
无变压器结构光伏并网逆变器拓扑及控制研究一、本文概述随着全球对可再生能源需求的持续增长，光伏发电技术因其清洁、可再生、无污染的特性，受到了广泛关注。
光伏并网逆变器作为光伏发电系统的核心设备，其性能直接影响到整个系统的运行效率和电能质量。
传统的光伏并网逆变器通常采用变压器结构，虽然这种结构在一定程度上能够实现电气隔离和电压匹配，但也存在体积大、成本高、效率低等问题。
因此，研究无变压器结构的光伏并网逆变器拓扑及其控制策略，对于提高光伏系统的整体性能、降低成本、推动光伏发电技术的广泛应用具有重要意义。
本文首先介绍了光伏发电系统的基本原理和并网逆变器的功能要求，阐述了无变压器结构光伏并网逆变器的研究背景和必要性。
随后，文章详细介绍了无变压器结构光伏并网逆变器的拓扑结构，包括其基本原理、电路构成以及与传统变压器结构逆变器的区别。
在此基础上，文章重点研究了无变压器结构光伏并网逆变器的控制策略，包括最大功率点跟踪控制、并网电流控制、孤岛效应检测与保护等方面。
通过理论分析和仿真实验，验证了所提控制策略的有效性和优越性。
文章对无变压器结构光伏并网逆变器的应用前景进行了展望，并指出了进一步研究的方向和可能的挑战。
本文的研究成果将为光伏发电技术的发展提供新的思路和方法，有助于推动可再生能源技术的快速发展和应用。
二、无变压器结构光伏并网逆变器拓扑随着可再生能源的日益普及，光伏（PV）技术已成为一种重要的清洁能源解决方案。
光伏并网逆变器是光伏系统的核心组成部分，其设计对于提高系统的效率和可靠性至关重要。
传统的光伏并网逆变器通常采用变压器结构，但近年来，无变压器结构的光伏并网逆变器因其高效率、低成本和紧凑的设计而受到了广泛关注。
无变压器结构光伏并网逆变器拓扑主要基于直接功率转换技术，省去了传统的工频变压器，从而降低了系统的体积和重量。
这种拓扑结构的关键在于使用高效的电力电子开关器件和先进的控制策略，实现直流（DC）到交流（AC）的直接转换。
单相光伏并网逆变器共模电流的分析与抑制
单相光伏并网逆变器共模电流的分析与抑制吴亮;杨勇;朱忠奎【摘要】单相非隔离型光伏并网逆变器由于缺少变压器的电气隔离,工作时常会产生较大的共模电流,即漏电流.为此,在分析了共模电流产生原因的基础上,研究了几种能够有效抑制共模电流的拓扑结构,分别为带交流旁路的全桥拓扑、带直流旁路的全桥拓扑、H5拓扑以及H6拓扑.其抑制共模电流的基本原理为通过相应的开关调制模式,使系统寄生电容上的共模电压保持恒定,从而减少共模电流的产生,最后仿真结果验证了这几种拓扑结构的可行性.由于不同拓扑结构所含功率器件数量的不同以及调制模式的不同,系统的工作效率有所差异,对比发现H5、H6拓扑优于其他拓扑.【期刊名称】《电气传动自动化》【年(卷),期】2013(035)005【总页数】7页(P8-14)【关键词】单相非隔离型光伏并网逆变器;共模电流;全桥拓扑;H5;H6【作者】吴亮;杨勇;朱忠奎【作者单位】苏州大学机电工程学院,江苏苏州215006;苏州大学城市轨道交通学院,江苏苏州215006;苏州大学城市轨道交通学院,江苏苏州215006【正文语种】中文【中图分类】TM6151 引言太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式。
自1954年美国贝尔实验室首次发明了以pn结为基本结构的晶体硅太阳能电池以来，光伏发电技术得到了飞速发展［1-2］。
“太阳屋顶计划”在欧美及日本等国得到了广泛地推广。
我国的光伏产业相对发达国家起步较晚，但近年来以每年平均50%的速度高速增长［3］，太阳能光伏发电已成为可再生能源领域中的热点［4-5］。
逆变器是光伏并网系统的核心部分，是连接光伏阵列与电网的关键部件［6］，主要完成光伏阵列的最大功率点跟踪 (Maximum Power Point Tracking，MPPT)以及对并网电流的控制［7-8］，同时，在电网故障时还可以实现孤岛保护［9-10］。
早期的并网逆变器输出端一般会安装工频隔离变压器，以实现电压调节与电气隔离，同时阻止了系统向电网注入直流分量。
一种新型单相光伏逆变漏电流抑制拓扑结构[实用新型专利]
![一种新型单相光伏逆变漏电流抑制拓扑结构[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/f9973eff55270722182ef77e.png)
专利名称：一种新型单相光伏逆变漏电流抑制拓扑结构
专利类型：实用新型专利
发明人：赵与辉,贺明智,何雄,李志君,段宣祥,董宁,李金芝,田远
申请号：CN201520553932.9
申请日：20150728
公开号：CN204859029U
公开日：
20151209
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种新型单相光伏逆变漏电流抑制拓扑结构，其特征在于，包括：开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6，二极管D1、D2，直流支撑电容C。
开关管S2、S3、二极管D1、D2保证左右两个桥臂不直通；高频正常工作时，只流经两个开关管，造成的损耗较普通的H6电路要小。
本实用新型所述的新型单相光伏逆变漏电流抑制拓扑结构，通过增大共模回路阻抗来抑制对地漏电流，不但保留了非隔离逆变拓扑的高效率的优点，而且避免出现较大的对地漏电流。
申请人：北京京仪椿树整流器有限责任公司
地址：100031 北京市西城区北新华街68号
国籍：CN
代理机构：北京卫平智业专利代理事务所(普通合伙)
代理人：董琪
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光伏并网逆变器拓扑结构的研究
光伏并网逆变器拓扑结构的研究刘 凯* 丁竹青 黄 勇 山东化工职业学院 潍坊 261108摘要 本文主要对光伏发电的核心部分——逆变器的拓扑结构进行介绍，在传统拓扑构造的基础上，分析几种新型的拓扑结构，对其工作原理进行理论分析，并通过仿真验证理论分析的合理性。
关键词 光伏并网 逆变器 拓扑结构 理论分析*刘 凯：讲师。
2013年毕业于中国石油大学（华东）动力工程及工程热物理专业获硕士学位。
现从事职业教育工作。
联系电话：133****7766， E-mail ：****************。
太阳能作为一种新能源，已经广泛应用于人类社会生活中，其中太阳能发电技术比较成熟，运营成本较低，更是解决能源短缺和环境污染的有效途径之一。
光伏并网发电系统中，光伏并网逆变器作为发电系统的核心部分，将太阳能组件与电网进行了有效的连接，对电力系统的安全稳定运行起着非常重要的作用。
1 传统电压逆变器光伏并网发电，是将光伏阵列产生的直流电转变为符合市电电网要求的工频交流电，并将其接入电网的过程。
逆变器则是可将直流电转换为交流电的电力变换设备，由于太阳能组件发出的是直流电，一般的负载多数为交流负载，因此，逆变器是太阳能发电技术中必不可少的一部分。
逆变器作为发电系统的重要组成，其太阳能发电的效率与逆变器的性能息息相关。
传统的光伏并网发电系统见图1，该系统是由太阳能组件、去耦大电容、传统逆变器、滤波电感部分和电网构成，其核心为传统电压源逆变器，通过驱动信号控制六个开关管的导通和关断而得到正弦规律变化的平均电压。
传统电压源逆变器结构简单，元器件少，但存在一些固有缺点：①由于直流侧并联大电容，相当于电压源，回路不允许短路，交流侧要求接感性负载或串接电感，以保证电压源逆变器可靠工作；②传统电压源型逆变器只可实现降压，其输出的交流电压低于直流母线上的电压，若希望得到较高的输出电压，需通过升压变换器将直流侧电压升高，从而满足电网电压的要求，增加升压变换器的发电系统可称为两级式并网发电系统，控制电路为级间控制，控制复杂，而且效率降低，成本较高；③逆变桥同一桥臂的上下两只开关管不允许同时导通，否则会工作在直通短路状态，为防止直通，需要加入死区时间，造成能量转换效率低，投入成本较高等。
光伏并网逆变器拓扑结构分析
光伏并网逆变器拓扑结构分析本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March光伏并网逆变器拓扑结构分析太阳能并网发电技术日益成为研究热点，并网逆变器作为光伏阵列与电网的接口设备，其拓扑结构决定着整个光伏并网发电系统的效率和成本，是影响系统经济可靠运行的关键因素。
由于光伏并网逆变器的结构拓扑种类众多、性能特点各异，其原理分析和性能比较：对于拓扑结构的合理选择、提高系统效率和降低生产成本有着极其重要的意义。
1.按有无变压器分类根据系统中有无变压器,光伏并网逆变器可分为无变压器型(Transformerless)、工频变压器型(Line-Frequency Transformer, LFT)和高频变压器型(High-Frequency Transformer, HFT)三种.图1是采用工频变压器型的拓扑结构,变压器置于工频电网侧,可有效阻止电流直流分量注入电网.高频变压器型中的变压器一般可放置在两个地方,如图2所示.图2(a)是把高频变压器置于DC-AC变换器内;图2(b)是把高频变压器置于DC-DC变换器内,两种方式均可实现隔离功能。
图工频电压器型拓扑结构图图 a图 b图2 高频变压器型的两种拓扑结构图工频变压器(LFT)与高频变压器(HFT)相比,体积大、重量重、价格上也无优势,因此,在有变压器拓扑方案的选择中,一般倾向于采用HFT来实现升压和隔离的功能.为了尽可能地提高光伏并网系统的效率和降低成本,在直流母线电压足够高时,也可采用不隔离的无变压器型拓扑方案。
由于输入与输出之间无电气隔离,无变压器型拓扑产生的对地漏电流成为一个需要解决的技术难题光伏模块存在一个随外部环境变化而变化且范围很大的对地寄生电容,其容值在～10 nF之间,所以由许多光伏模块串并联构成的光伏阵列对地寄生电容变得更大,从而可能导致相当大的对地漏电流.较大的对地漏电流一方面会严重影响变流器的工作模式;另一方面也会给人身安全带来威胁。
无变压器光伏并网逆变器抑制漏电流的控制策略
无变压器光伏并网逆变器抑制漏电流的控制策略宋平岗;沈友朋【摘要】漏电流抑制技术是无变压器光伏并网逆变系统中必须解决的技术难题.在分析漏电流产生原因的基础上,研究了不同控制策略对抑制漏电流效果的影响.从逆变器控制策略的角度出发,对单相全桥式和三相全桥式光伏并网逆变器的漏电流进行了分析,并分别比较了它们的不同点,介绍了一种改进型的三相全桥式逆变器的控制策略.最后分别比较了各种控制策略的不同点.%The technology of leakage current suppression is a technical problems to the transformerless photovoltaic inverter system. Based on the analysis of the causes of leakage current, researched different con-trol strategies to inhibit the effect of leakage current. Inverter control strategy from the perspective of the sin-gle-phase full-bridge and three-phase full-bridge inverter for grid-leak current were analyzed,and compared the difference ofthem,introduced an improved three-phase full-bridge inverter control strategy. Finally,the differ-ence of various control strategies were compared.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2012(042)004【总页数】6页(P19-24)【关键词】无变压器光伏并网逆变器;漏电流;控制策略【作者】宋平岗;沈友朋【作者单位】华东交通大学电气与电子工程学院,江西南昌330013;华东交通大学电气与电子工程学院,江西南昌330013【正文语种】中文【中图分类】TM4641 引言太阳能光伏并网发电系统是有效利用新能源的重要手段之一，在分布式发电系统中也占有很重要的地位。
无变压器光伏并网系统拓扑仿真与特性比较
作者简介：苏昆仑（1989-），男，硕士研究生，Email ：11121658@无变压器光伏并网系统拓扑仿真与特性比较苏昆仑1，谢桦2（北京交通大学 电气工程学院，北京市，海淀区 100044）摘要：对单相无隔离变压器光伏并网系统共模电流的产生机理进行简要分析，并对单相全桥拓扑的两种控制方式分别进行仿真。
同时对多种能够消除共模电流的单相无隔离变压器光伏并网系统的拓扑进行分析与仿真。
从拓扑器件数量、控制复杂程度、功率损耗、滤波效果、系统共模电流五个方面比较各种拓扑的优劣，最后，分析结果表明，H5拓扑结构最优，适合未来实际发展与推广。
关键词：共模电流；仿真；光伏并网；无隔离变压器；开关损耗 中文分类号：TM401; TM403 文献标识码：ASimulation Research and Features Comparison of Transformerless PV Inverters TopologySU Kun-lun ，XIE Hua（School of Electrical Engineering ，Beijing Jiao Tong University ，Beijing 100044，China ）Abstract: It is analyzed briefly the mechanism of common mode current generation for the single phase transformerless photovoltaic(PV) grid system and simulate for the two kinds of control methods of single phase full bridge topology. analyse and simulate for lots of transformerless single-phase PV inverter topologies and these topologies can eliminate the common mode current. They are compared in device number, control complexity, power loss, filtering effect, the common mode current. Finally, the analysis results show that H5 topology is optimal, suitable for the actual development and promotion .Key word ：common-mode current ；simulation ；photovoltaic grid-connected ；switching loss0引言随着分布式发电的日益发展，小功率单相逆变器有着广泛的市场，因此我们的研究对象是单相逆变器，传统的光伏并网逆变器通常是带有隔离变压器，起电气隔离作用。
联网单相光伏逆变器的无变压器拓扑
安阳师范学院本科学生论文联网单相光伏逆变器的无变压器拓扑作者：系（院）：物理与电气工程学院专业：电气工程及其自动化年级：学号： 111154021 指导老师：日期：联网单相光伏逆变器的无变压器拓扑（安阳师范学院物理与电气工程学院, 河南安阳 455000）摘要：为了提高光伏系统的效率和降低成本，利用无变压器的光伏逆变器是一个备受关注的可选方案。
但此一线路结构仍需要仔细的研究，因为它存在一些问题，涉及到网络与光伏发电机之间的电路连接（即效率下降及安全问题）。
本文，对基于无变压器拓扑的联网单相光伏逆变器进行了评价，一方面提出了基于传统拓扑的一些可供选择的方案；另一方面，对基于多电平逆变器拓扑的可能性也进行了探讨，且对比传统的拓扑，这已显示出不会产生漏电流的优越性。
关键词：多电平逆变器无变压器逆变器光伏逆变器可再生能源1、引言可再生能源，尤其是经过验证的光伏发电系统，由于全球变暖意识的深化以及政府对这种技术的认可，近年来已有较大的发展。
可再生能源的电力转换过程，借助于功率变换器完成，但存在效率和成本之类关键因数的一些问题。
在联网的光伏逆变器特殊情况下，大多数功率变换器拓扑采用了在低频或高频工作的变压器，它为光伏配电板和电网之间提供了电路的绝缘。
低频的变压器体积大、笨重且昂贵，且在系统中产生附加损耗。
绝缘变压器的尺寸通过两级拓扑可大幅减小，该拓扑中的变压器以高频运行，但这一解决途径因需要最少两个级联的功率变换器，而使效率下降。
因此，最近几年来，提出了基于无变压器拓扑的大量逆变器，致使功率处理系统更便宜，结构更紧凑和效率更高。
此外，当应用无变压器的逆变器时，必须采用为测量绝缘电阻和剩余电流的一些技术，以便使无变压器的逆变器比带变压器的逆变器更加安全。
功率100kW以上大的中心逆变器，可由小尺寸的逆变器取代，这些逆变器处理的能源是由单串或少量组串的太阳能电池板提供的。
下面的这一解决方法，可以改善大型光伏电站电池板组的MPPT（最大功率点跟踪），因为它能接受到很多不同的太阳辐照度，由于这个原因，对单相逆变器的应用功率已高达5kW很感兴趣。
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第4期 2011年4月工矿自动化Industry and M ine A utomatio nNo .4 Apr .2011 文章编号:1671-251X (2011)04-0066-04 DOI :CNKI :32-1627/TP .20110329.0955.015单相无变压器型光伏并网逆变器的拓扑结构及共模电流分析沈友朋, 宋平岗(华东交通大学电气与电子工程学院,江西南昌 330013) 摘要:针对单相无变压器型光伏并网逆变器拓扑结构存在共模电流的问题,介绍了几种能有效抑制共模电流的拓扑结构,即双极性调制的单相全桥式拓扑结构、带交流旁路的全桥式拓扑结构、H 5拓扑结构及NPC 拓扑结构;详细分析了这几种拓扑结构抑制共模电流的原理,并从开关损耗及系统效率两个方面对这几种拓扑结构进行了比较,指出H 5拓扑结构性能最优。
关键词:单相无变压器型;光伏并网系统;逆变器;共模电流;全桥式拓扑结构;H 5拓扑结构;NPC 拓扑结构 中图分类号:TD605 文献标识码:A 网络出版时间:2011-03-2909:55 网络出版地址:http ://w ww .cnki .net /kcms /detail /32.1627.TP .20110329.0955.015.htmlTopology of Single -phase T ransformerless Type Photovoltaic G rid -connected Inverter andAnalysis of Its Common -mode CurrentSH EN You -peng , SONG Ping -gang(School of Electrical and Electro nic Engineering of East China Jiao tong Universty ,N anchang 330013,China ) Abstract :In view of the pro blem of com mon -m ode current existed in topolog y o f sing le -phase transformerless ty pe photovo ltaic g rid -connected inve rter ,several topo logies w ere intro duced w hich canrestrain commo n -mode current effectively ,namely sing le -phase full -bridge topolog y with double -polarity mo dulatio n ,full -bridge to polo gy w ith AC by pass ,H 5to po logy and NPC topology .Principle of restraining comm on -mode cur rent of these topologies w ere analy zed in details ,and these topologies w ere com pared in terms of switching loss and sy stem efficiency .Finally ,it w as pointed out that H 5topolog y has best pe rfo rm ance .Key words :sing le -phase transformerless type ,photovo ltaic g rid -co nnected sy stem ,inverter ,comm on -mo de current ,full -bridge topology ,H 5to polo gy ,NPC topo logy 收稿日期:2011-01-21作者简介:沈友朋(1986-),男,江西九江人,硕士研究生,研究方向为电力电子技术与电力传动。
E -m ail :pengy ou709830409@0 引言光伏并网系统中一般采用带变压器型的光伏并网逆变器。
工频变压器存在体积大、重量大、价格高等问题,而高频变压器型光伏并网逆变器的功率变换控制电路复杂,系统效率低[1]。
为了解决上述问题,国外一些学者提出了无变压器型的光伏并网逆变器,这种光伏并网逆变器的拓扑结构不但节约成本,而且能提高系统效率。
图1为无变压器型光伏并网系统结构,由于没有变压器的隔离,电网与光伏阵列存在直接的电气连接,而光伏阵列和地之间存在虚拟的寄生电容,因而形成了由寄生电容、滤波器和电网阻抗组成的共模谐振回路。
寄生电容上变化的共模电压在该共模谐振回路中就会产生相应的共模电流。
共模电流会给操作人员带来安全隐患,因此,抑制或消除共模电流就成为无变压器型光伏并网系统中必须要解决的问题。
本文介绍几种不同的单相无变压器型光伏并网逆变器拓扑结构及其抑制共模电流的方法。
图1 无变压器型光伏并网系统结构1 不同类型的逆变器拓扑结构及共模电流分析1.1 单相全桥式拓扑结构图2为单相无变压器型全桥式拓扑结构。
参考文献[2]分析了该拓扑结构的共模电流产生原因,具体过程:U pv 为等效光伏阵列的直流电压;U ao 、U b o 分别为单相全桥式拓扑结构的交流输出点a 、b 对直流母线点o 的电压,U L 为滤波电感上的压降,U cm 为寄生电容C p 上产生的共模电压,i cm 为共模电流;U g 为电网电压。
以电网电流的正半周为例,对于由开关管S 2、L 1、U g 和C p 构成的回路以及由开关管S 4、L 2和C p 构成的回路,根据基尔霍夫电压定律,可列出共模谐振回路的电压方程: -U a o +U L 1+U g +U cm =0(1) -U b o -U L 2+U cm =0(2)图2 单相无变压器型全桥式拓扑结构 由于单相无变压器型全桥式拓扑结构的共模电流很小,因此,可忽略它在滤波电感上产生的压降,即U L 1≈U L 2,又因U g 为工频电网电压,所以U g 在寄生电容上产生的共模电流一般也可以忽略,而U a o 、U b o 为PWM 控制的高频脉冲电压,共模电流主要由它们激励产生。
所以由式(1)、式(2)相加可得U cm 为U cm =U a o +U b o2(3) 而流过寄生电容的共模电流i cm 为i cm =C pd U cmd t(4) 由式(3)、式(4)可知,要想抑制共模电流,就必须使得U cm 的变化率保持恒定,即使U cm 为一定值,也就是使点a 、b 对点o 的电压之和U a o +U b o 为一定值。
参考文献[3]采用双极性PWM 调制法对单相全桥式拓扑结构进行了仿真研究。
当S 1、S 4导通,S 2、S 3关断时,有U cm =0.5(U a o +U b o )=0.5(U pv +0)=0.5U pv(5) 当S 1、S 4关断,S 2、S 3导通时,有U cm =0.5(U a o +U b o )=0.5(0+U pv )=0.5U pv(6) 由式(5)、式(6)可知,在开关过程中U cm =0.5U pv ,所以U cm 近似为定值,共模电流也近似为零。
可见,采用双极性PWM 调制法来控制单相全桥逆变器能够有效地抑制共模电流,其仿真波形如图3所示(其中等效直流电源U pv =400V ,开关管频率f sw =5kH z )。
(a )输出电压U ab的波形(b )共模电压U c m的波形(c )共模电流i cm 的波形图3 双极性PWM 调制的单相全桥式拓扑结构仿真波形 从图3可看出,因共模电压U cm 基本为一定值,所以共模电流i cm 为毫安级;然而,在整个电网周期内4个开关管都以较高的开关频率工作,故产生很大的开关损耗,从而限制了光伏并网系统效率(因开关电压为U pv )。
目前,采用双极性PWM 调制法的单相全桥式拓扑结构的最高效率在95%左右。
·67·2011年第4期沈友朋等:单相无变压器型光伏并网逆变器的拓扑结构及共模电流分析1.2 带交流旁路的全桥式拓扑结构为了减小单相全桥式拓扑结构的开关损耗,参考文献[4]提出了一种带交流旁路的全桥式拓扑结构,如图4所示。
该拓扑结构是在单相全桥式拓扑结构的交流侧增加2个由IGBT 串联二极管组成的续流回路,这样不仅能够抑制共模电流,而且使得开关电压降为U pv /2。
开关管控制顺序:在电网电流的正半周内,S 1、S 4、S 5采用SPWM 调制法控制,S 2、S 3、S 6始终关断;在负半周内S 2、S 3、S 6采用SPWM 调制法控制,S 1、S 4、S 5始终关断。
图4 带交流旁路的全桥式拓扑结构 以正半周为例,当S 1、S 4导通,S 5关断时,共模电压U cm 为 Ucm=0.5(Ua o+U b o)=0.5(U pv +0)=0.5U pv(7) 当S 1、S 4关断,S 5导通时,电流经二极管D 1和S 5续流,则共模电压U cm 为 U cm =0.5(U a o +U bo )=0.5(0.5U pv +0.5U pv )=0.5U pv(8) 一般U pv 近似恒定,则U cm 始终为一定值。
负半周换流过程与此相似。
与双极性调制的单相全桥式拓扑结构相比,该拓扑结构的开关电压由U pv 降为0.5U pv ,降低了开关损耗,从而提高了光伏并网系统效率。
该拓扑结构的最高效率可达98%。
1.3 H 5拓扑结构带交流旁路的全桥式拓扑结构有6个开关管,控制方式和电路都比较复杂。
由德国SM A 公司开发的H 5拓扑结构具有开关数量少、控制简单、效率高等特点,已用于实践当中,并生产出一系列的光伏并网逆变器。
图5为H 5拓扑结构[5],该拓扑结构是在单相全桥式拓扑结构的直流侧接一个IGBT 开关管。
开关管的控制顺序:S 1、S 3在电网电流的正负半周各自导通,S 4、S 5在正半周以开关频率调制,而S 2、S 5在负半周以开关频率调制。
与带交流旁路的全桥式拓扑结构相比,H 5拓扑结构减少了一个开关器件,因此,其结构简单、开关管损耗较少,从而提高了光伏并网系统效率。
该拓扑结构的最高效率可达98.1%[6]。
图5 H 5拓扑结构 以电网电流正半周为例,S 1始终导通,S 4、S 5导通时,共模电压U cm 为 U cm =0.5(U a o +U bo )=0.5(U pv +0)=0.5U pv(9) S 4、S 5关断时,电流经S 3的反并联二极管和S 1续流,则共模电压U cm 为 U cm =0.5(U a o +U b o )=0.5(0.5U pv +0.5U p v )=0.5U pv(10) 可见在开关过程中,共模电压U cm 恒定,从而有效抑制了共模电流。