一款可抑制漏電流的兩級單相非隔離型逆變器設(shè)計

當V2，V5關(guān)斷時，V1’，VD2續(xù)流。此時利用關(guān)斷的V2，V4的結(jié)電容實現(xiàn)均壓，A點對直流地電壓為0.5Udc。同樣，利用關(guān)斷的V3，V5的結(jié)電容實現(xiàn)均壓，B點對直流地電壓也為0.5Udc。此階段，uCM=0.5(0.5Udc+0.5Udc)=0.5Udc。

電網(wǎng)電壓負半周期的共模電壓分析與正半周期類似，其值也是0.5Udc。漏電流可表示為：ICm=Cpvducm/dt?？芍?，ucm在整個周期都保持不變，則其漏電流為零，因此，該拓撲能夠抑制漏電流的產(chǎn)生。

并網(wǎng)控制方法

為實現(xiàn)逆變并網(wǎng)，采用如圖4所示的控制策略，在此重點研究PR控制算法。PI控制器在電網(wǎng)基波頻率處的增益為有限值，系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差。PR控制器的傳遞函數(shù)DPR(s)=kp+2krs/(s2+ω02)。PR控制器在基波頻率處的增益為：

可見，PR控制器在基波頻率處的增益趨近于無窮大，可實現(xiàn)對某一固定頻率正弦指令信號的無靜差跟蹤控制。而逆變器并網(wǎng)運行時，要求控制逆變器的輸出電流與電網(wǎng)電壓頻率和相位一致，以實現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)發(fā)電。因此，在并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中，PR控制器比PI控制器，具有更好的跟蹤效果，更適用于對逆變器并網(wǎng)電流的控制。

實際系統(tǒng)中，由于理想PR控制器難以實現(xiàn)，可采用一種易于實現(xiàn)的準PR控制器，其傳遞函數(shù)為：

其中，ω0=314 rad/s，只需適當?shù)剡x擇3個控制參數(shù)kp，kr和ωc。

圖4

實驗結(jié)果

根據(jù)上述分析，設(shè)計了一臺2 kW的單相光伏并網(wǎng)逆變器實驗樣機。實驗參數(shù)為：輸入電壓UPV為200～380 V；升壓后的Udc=400 V；輸出電壓ug=220 V；輸出頻率fac=50 Hz;Boost電感L1=1.2 mH；光伏陣列輸入電容C1=190μF;直流母線電容C2=1 500μF；輸出濾波電感L2=L3= 1 mH；輸出濾波電容C3=4.7μF。此外，核心控制板采用浮點型DSP：TMS320F28335。

通過WT3000功率分析儀測量得到的單相光伏并網(wǎng)逆變器的輸入電壓Upv輸入電流Ipv、并網(wǎng)電壓uac、并網(wǎng)電流iac的波形如圖5a所示。其中，該樣機在功率近似2 kW時效率可達96.822%，且近似單位功率因數(shù)運行，具有較好的性能。

圖5

圖5b示出iac的總諧波柱狀圖。電流總諧波含量在功率為2 kW時，其值為1.206%，遠優(yōu)于國際專用標準IEEE Std.2000—929和UL1741對諧波的要求，從而驗證了PR算法的優(yōu)越性。

結(jié)論

研究了一種新型兩級式單相非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器，該逆變器由前級Boost升壓電路和后級H6橋式拓撲結(jié)構(gòu)組成，有效抑制了漏電流的產(chǎn)生。通過采用跟蹤性能更好的PR控制算法，提高了并網(wǎng)電流的品質(zhì)。最后通過實驗結(jié)果證明了該電路拓撲在消除漏電流的同時，具有優(yōu)良的入網(wǎng)波形質(zhì)量和高轉(zhuǎn)換效率。