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一種新型HERIC光伏逆變器漏電流抑制技術研究
2017年微型機與應用第1期
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,。
Abstract:
Key words :

  袁穎,馬海嘯

 ?。暇┼]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

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  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,。

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  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,。

 

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  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。

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 ?。?)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。

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 ?。?)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,。

  (4)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,。

  

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  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,。

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  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

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  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),。

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  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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