NPC三电平并网逆变器共模电流抑制技术研究_肖华锋

第30卷第33期中国电机工程学报V ol.30 No.33 Nov.25, 2010

2010年11月25日Proceedings of the CSEE ©2010 Chin.Soc.for Elec.Eng. 23 文章编号：0258-8013 (2010) 33-0023-07 中图分类号：TM 46 文献标志码：A 学科分类号：470⋅40

NPC三电平并网逆变器共模电流抑制技术研究

肖华锋，杨晨，谢少军

(南京航空航天大学自动化学院，江苏省南京市 210016)

NPC Three-level Grid-connected Inverter With Leakage Current Suppression

XIAO Huafeng, YANG Chen, XIE Shaojun

(Colledge of Automation, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, Jiangsu Province, China)

ABSTRACT: The leakage current eliminating is one of the key technologies in the transformerless grid-connected inverter. Based on the high-frequency common mode equivalent model with parasitic parameters, two rules of leakage current eliminating were summarized. The inefficacy with sine pulse width modulation (SPWM) and three potential strategies with parameters matching are addressed through aforementioned rules for leakage current eliminating of neutral point clamped (NPC) three-level grid-connected inverter, and their satisfied conditions and practical feasibility are analyzed detailedly. The viewpoints and accuracy of the common mode equivalent model were proved by relevant experiments. Meanwhile, a compensation capacitor for compensating stray parameters is proposed, which can advance the leakage current attenuation of NPC three-level grid-connected inverter better. So, a simple, robust, and effective solution is achieved.

KEY WORDS: PV grid-connected inverter; transformerless; leakage current; parasitic parameter; NPC three level inverter

摘要：共模电流抑制是非隔离型光伏并网逆变器的一个关键技术问题。首先基于考虑所有寄生参数的非隔离型单相并网逆变器高频共模等效模型归纳出两种抑制漏电流的途径，并将其应用到二极管钳位(neutral point clamped，NPC)三电平并网逆变器中得出仅通过正弦脉宽调制(sine pulse width modulation，SPWM)策略抑制共模电压不可行和通过电路元件参数匹配抑制共模电压的3种可能方案。针对3种可能的方案分析了它们的成立条件和现实可行性，并通过相应的实验验证结论的可靠性。其中，提出的通过补偿电容来弥补寄生参数差异的措施可以进一步增强NPC三电平并网逆变器漏电流抑制性能，是一种简单、可靠、有效的实用技术。

基金项目：江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(CX08B_ 070Z)；江苏省自然科学基金(BK2008391)。

Project Supported by Innovative Research Project for Postgraduates in Colleges of Jiangsu Province(CX08B_070Z); Project Supported by Natural Science Foundation of Jiangsu Province(BK2008391). 关键词：光伏并网逆变器；无变压器；共模电流；寄生参数；NPC三电平变换器

0 引言

非隔离型并网逆变器在带来效率高、体积小、重量轻和成本低等优势[1-4]的同时，导致电池板和电网之间存在电气连接。由于电池板对地寄生电容的存在，并网逆变器开关器件的开关动作可能产生高频时变电压作用在寄生电容之上，而在由电池板寄生电容、直流或交流滤波器和电网阻抗等组成的谐振回路中，出于变换器效率优化的考虑，其阻抗非常低，从而在该回路中产生的共模电流(漏电流)可能超过允许范围。高频漏电流的产生会带来传导和辐射干扰、进网电流谐波及损耗的增加[2]，甚至危及设备和人员安全。

二极管钳位(neutral point clamped，NPC) 三电平变换器拓扑[5-9]在单相非隔离型光伏并网逆变器中得到广泛认可[2-4, 10-11]。这主要是因为NPC三电平并网逆变器有弥补由无隔离变压器带来的漏电流[2]和进网直流分量问题[10]的结构优势。为了更充分地解释和理解NPC三电平并网逆变器的共模特性，文献[10]在忽略桥臂中点寄生电容和电网线路感抗的前提下，推导了非隔离桥式并网逆变器的共模分析模型，并将其应用到NPC三电平并网逆变器中，得出了共模电压为恒定值的结论，但论文中缺乏相应的实验结果来说明结论的正确性和模型的精确性。文献[11]定性分析了电网线路阻抗对NPC三电平并网逆变器共模电压的影响，给出了相关的仿真波形来说明寄生参数的不可忽略性，却未提出有效的解决方案。值得注意的是，由于NPC三电平变换器两桥臂中点寄生电容的形成方式明显不同，使得它们大小不一致(一般来讲，开关桥臂的寄生电容

DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2010.33.017