计及轻量化设计的多电平光伏逆变器.pdfVIP

2023 年 8 月 电 工 技 术 学 报 Vol.38 No. 16 第 38 卷第 16 期 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Aug. 2023 DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.221157 计及轻量化设计的多电平光伏逆变器 1 1 2 2 1 田涵雷 韩沛松 唐嵩峰 陈茂林 梁国壮 （1. 河北科技大学电气工程学院 石家庄 050018 2. 四川大学电气工程学院 成都 610065 ） 摘要 为满足轻量化设计而直接移除变压器将导致光伏阵列对地的杂散电容存在共模漏电 流，给整体系统造成电磁干扰和安全性问题。同时，多电平设计降低了输出电压谐波分量和器件 电压应力。鉴于此，提出一种非隔离型共地式多电平光伏逆变器，简言之，该逆变器通过引入新 型开关电容网络，得到输入侧负极与输出侧中性点相连接的拓扑结构，理论上可完全消除杂散电 容对地的共模漏电流。同时，相较于桥式电路，所提电路输入侧电压利用率高，克服了对其电压 等级的依赖和天气条件的限制。此外，提出一种前馈空间矢量调制（FSVM ）策略，完成输出变 量与波动的电容电压解耦。最后，通过搭建一个220 V/1 kW 的实验平台来验证所提方案的正确性 和可行性。 关键词：非隔离型逆变器 光伏系统 共模漏电流 多电平 中图分类号：TM46 两端电压保持不变，抑制漏电流，虽满足 VDE− 0 引言 0126−1−1 标准，但面临的挑战是直流侧电压利用率 交流电源可分为电压源型逆变器（Voltage 较低。文献[6-7] 研究了一种三电平中点钳位型 Source Inverter, VSI ）和电流源型逆变器（Current （Neutral Point Clamped, NPC ）逆变器，原理同上。 Source Inverter, CSI ）两类[1] 。VSI 因其成本低、控 但中点电位存在二倍工频脉动，导致输出电流低次 制简单和技术成熟等原因占据主导地位，并广泛应 谐波含量较高。针对上述情况，国内外学者在半桥 [2] [8] 用于光伏系统 。VSI 作为光伏并网中最重要的衔 和H 桥的基础上推演出目前广泛采纳的H5 拓扑 、 [9] [10] [11-12] 接设备分为隔离型和非隔离型两类，其性能优劣直 H6 拓扑 、HERIC 拓扑 及相应的改进型拓扑 ， 接影响光伏发电系统的效率和安全稳定性。隔离型 其漏感电流峰值均在 150 mA 以内。此类拓扑的设 VSI 并网逆变可实现输入端与电网侧隔离，提升安 计思路是将直流侧和交流侧在续流阶段解耦，移除 全性能，但是变压器的存在会降低发电系统的效率， 漏电流传输路径，但由于开关结电容的存在，该方 增加成本，因此，无变压器的非隔离型逆变器已成 案并不能完全切断电流路径，因此漏电流依然存在。 为目前国内外学者研究的热点[3] 。 同时，德国在2011 年更新并网逆变器的标准中提出 非隔离型光伏并网逆变器因无电气隔离，使得 分布式发电系统要有无功支撑能力，而上述方案均 [13] 高频开关引起