单相非隔离光伏并网逆变器拓扑研究

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为了将太阳能电池产生的能量传送到交流电网,需要在太阳能电池和电网之间安装逆变器。非隔离型逆变器相比于传统的隔离型逆变器具有转换效率高、成本低、体积小、重量轻等优点,为并网应用提供了良好的解决方案。然而,非隔离型逆变器的主要缺点是存在漏电流问题,会影响逆变器的正常工作,降低电能转换效率,甚至危害人体安全。这是因为太阳能电池和地之间存在不可忽略的寄生电容,同时太阳能电池和电网之间缺少了电气隔离,共模电压会通过寄生电容产生漏电流。为了提高光伏并网逆变器的转换效率,解决漏电流问题,并针对低纹波大电流输出与高输入电压的应用场合,本文分别提出了两类新型的单相非隔离逆变器拓扑。首先,文章对光伏电池分布电容的产生原理进行了简要分析,通过建立共模电路模型分析了漏电流产生的原因,得出了抑制漏电流的条件。并对传统的全桥逆变电路进行了分析验证。针对非隔离型光伏系统应用,对于漏电流的抑制,先提出了一类新型的交错并联型单相非隔离MOSFET并网逆变器。引入了交错并联技术,在不提高开关频率的情况下,可以使逆变器输出纹波电流减小,提高系统的功率密度,文中详细分析了交错并联后的输出电流纹波。因为在续流阶段电流不流经开关管的体二极管,因此可以使用MOSFET,相比于IGBT具有更低的开关损耗。采用了单极性调制策略,电感纹波电流小,同时无桥臂直通问题。对所提出的这类拓扑进行了原理与系统损耗的分析,并对闭环控制策略及控制参数的设计进行了详细的说明。并提出了单相非隔离有源钳位H6逆变器拓扑族。通过引入钳位电路,使逆变器的共模电压不受开关管结电容的影响,极大的提高了逆变器抑制共模漏电流的能力。同样的,这类逆变器的开关管可以采用MOSFET,降低了系统的开关损耗。文中对这类拓扑的工作原理与共模电压变化等进行了详细的分析。本文对所提出的新型逆变器拓扑先进行了仿真分析,初步验证了理论分析的合理性。然后搭建了两台实验样机,实验结果表明所提出的两类拓扑具有良好的漏电流抑制能力和较高的效率,验证了理论分析的正确性。
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