中心議題：

• 討論非隔離光伏並網逆變器
• 研究非隔離並網逆變器常用電路拓撲

解決方案：

• 采用改進型全橋非隔離光伏並網逆變器拓撲
• 實現對漏電流性能和變換效率進行優化

相關閱讀：
剖析逆變器--優化光伏發電的裝置
http://0-fzl.cn/art/artinfo/id/80013204
太陽能逆變器設計的最新趨勢
http://0-fzl.cn/art/artinfo/id/80013883
如何正確地為太陽能逆變器應用選擇IGBT
http://0-fzl.cn/art/artinfo/id/80013131

1．非隔離光伏並網逆變器

1.1光伏並網發電係統

光伏發電對世界能源的貢獻逐年增大，這有目共睹。

IEA PVPS的數據顯示，2009年該項目成員國共安裝光伏容量6.2GW（全球安裝約7GW）
，其中超過95%為並網係統，如圖1。
1.2光伏發電係統

光伏發電係統由光伏電池陣列和並網逆變器組成（如圖2）。其中並網逆變器對發電係統的性能和成本起著重要的決定作用。

按照是否帶變壓器

，並網逆變器可以分為隔離型和非隔離型，包括：工頻隔離並網逆變器、高頻隔離並網逆變器
、非隔離並網逆變器（單級式和多級式）等。

工頻隔離並網逆變器（如圖3）具有電氣隔離、消除電流直流分量等優點
，但體積重量大
、價格高，隻有94%—96%的係統效率。

高頻隔離並網逆變器（如圖4）具有電氣隔離
、體積、重量
、成本降低等優勢，但係統效率隻有90%—95%。

非隔離並網逆變器分為單級式非隔離並網逆變器和兩級式非隔離並網逆變器。單級式非隔離並網逆變器適合更高PV電壓和功率；而兩級式非隔離並網逆變器適合寬電壓範圍的PV陣列
，它們都具有98.8%的最高效率，體積小
、重量輕、成本低
，但其缺點是電池板和電網之間出現電氣連接。 [page]
電氣連接為漏電流提供了流通路徑，是高效率的非隔離光伏並網逆變器應用的最大障礙。漏電流問題會產生寄生電容150nF/kWp，引起開關頻率共模電壓源。目前大多采用電路結構SPWM調製的策略。
2.非隔離並網逆變器常用電路拓撲

過去，我們常采用雙極性SPWM調製的全橋並網逆變器（圖5為其拓撲結構），因為其效率不高，常應用在小功率場合
，而且沒有專利壁壘。
這裏我們要介紹幾種具有專利的拓撲結構。

2.1 Sunways公司的專利拓撲

單相兩級式係列：AT 2700/3000/3600/4500/5000：

單相單級式係列：NT 2500/3700/4200/5000

；

三相兩級式係列：Three-phase IxIT 10000/11000/12000。 2.2 SMA公司的專利拓撲

單相兩級式係列：SB3000TL/4000TL/5000TL;

單相單級式係列：SMC6000TL /7000TL /8000TL/9000TL /10000TL /11000Tlo [page]
2.3半橋型拓撲

二電平SPWM半橋無專利壁壘，因而被廣泛采用
；此外
，還有單極性SPWM三電平半橋。

3．改進型全橋非隔離光伏並網逆變器

先來看單相並網逆變器的漏電流分析的模型（如圖8）是如何解決單相並網逆變器的漏電流問題的。

濾波支路：受進網濾波器、EMI濾波器和電網寄生參數支配，對共模電流回路阻抗起主導作用；

寄生支路：由橋臂中點寄生電容構成
，對共模電流回路阻抗起影響作用：

我們通過單相並網逆變器的漏電流分析模型（如圖9）歸納出兩種消除漏電流的途徑：

(1)在電路和寄生參數對稱的前提下（即滿足VCM-DM：0)，SPWM開關方式產生的VCM電壓為恒值
；
(2)SPWM開關方式產生的VCM電壓為高頻時變時，通過電路參數匹配使得VCM+VCM-DM=consto。

全橋類單相並網逆變器漏電流抑製技術包括：

(1) 在電路和寄生參數對稱的前提下(即滿足VCM-DM：O)SPWM開關方式產生的v電壓為恒值。

常見電路有以下幾種：

帶交流旁路環節的全橋電路；

帶直流旁路環節的全橋電路
；

帶直流側旁路箝位的全橋電路；

基於功能和效率優化的改進型全橋電路。

加入一支可控開關管和分壓電容構成雙向箝位支路。
[page]
4.理論分析與實驗研究

4.1電路結構與驅動時序

主電路結構SPWM和驅動時序工作模態為電流正半周和電流負半周。

電壓箝位工作是續流階段中點電壓隨電網電壓波動，提升中點電壓或降低中點電壓。

4.2功率器件損耗分析與計算

以光伏電壓500V

、功率5kW等級為例(如圖10)，我們在如下實驗條件進行研究。

輸入電壓：340—700VDG

光伏寄生電容：2×0.1 u F

電網：220V/50Hz

進網濾波器：4mH+6.6 u F

功率：1kW

開關頻率：20kHz

以下羅列了4種電路實驗形式：

A: Haric

B:H5

C: H6

D: Optimized H5
[page]
5．結論

非隔離型光伏並網逆變器具有效率高、體積小重量輕等優點；

根據橋式非隔離光伏並網逆變器漏電流分析模型，我們可以得出兩條抑製開關頻率漏電流的途徑；

我們希望提出一種改進型全橋非隔離光伏並網逆變器拓撲，可以實現對漏電流性能和變換效率進行優化。