一種新型單相非隔離型光伏并網逆變器研究

摘要：針對傳統單相非隔離型全橋光伏并網逆變器的不足，研究并設計了一種新型、高效率且具備漏電流抑制能力的兩級式單相非隔離型光伏并網逆變器。該逆變器拓撲電路由前級Boost變換器與后級H6結構逆變拓撲級聯而成。電流控制環采用比例諧振(PR)控制器來無靜差跟蹤給定的正弦電流，以提高并網電流質量。最后，通過一臺2 kW的單相光伏并網逆變器樣機，對理論分析結果進行了實驗驗證，結果表明該新型單相非隔離型光伏并網逆變器具有控制簡單，變換效率高，可靠性高等優點。
關鍵詞：逆變器；單相并網；比例諧振控制

1 引言
與傳統的輸出端安裝工頻隔離變壓器的并網逆變器相比，兩級式單相非隔離型光伏并網逆變器具有體積小、成本低、效率高等優點，尤其適合應用在近幾年各國提出的“屋頂計劃”等小功率光伏發電場合。由于傳統的單相全橋光伏并網逆變器不具備漏電流抑制能力，國內外一些專家學者提出了一系列新的拓撲結構來解決漏電流的產生問題，比如H5拓撲、Heric拓撲、帶交流旁路拓撲等。這些拓撲結構均可有效抑制漏電流的產生，但都存在專利保護及轉換效率較低等問題。
基于此，研究了一種新型、高效率且具備漏電流抑制能力的兩級式單相非隔離型光伏并網逆變器。其前級為Boost電路，后級為新型H6拓撲結構。詳細分析了該電路拓撲的工作原理及能有效抑制漏電流產生的原因，提出了相應的控制算法。最后，通過實驗驗證了該新型逆變器具有優良的性能。

2 電路結構及工作原理
2．1 電路結構
圖1為提出的新型、高效單相非隔離型光伏并網逆變器的拓撲結構。

其中，Boost電路主要功能為：①升高光板輸出的較低電壓；②方便實現最大功率點跟蹤(MPPT)控制。單相光伏并網逆變器中，Boost電路將光板輸出的電壓升至約400 V。后級的逆變電路采用具有漏電流抑制能力的H6拓撲結構，與傳統的全橋逆變電路相比，增加了兩個IGBT和兩個二極管。濾波電路則由兩個濾波電感及一個濾波電容組成，以濾除交流側的諧波，保證并網電流的品質。
2．2 工作原理
圖2為新型非隔離型單相光伏并網逆變器的開關管驅動邏輯圖。下面結合圖1，2來說明該新型逆變器的工作原理。

工作模式1 電網電壓正半周時，V1’一直導通，V2，V5以相同的高頻驅動信號導通與關斷。V2’，V3，V4一直處于關斷狀態。V2，V5導通時，輸入電源經V2，V1’，濾波電感L2，交流電網，濾波電感L3，V5構成回路向電網供電。此時，橋臂輸出電壓uAB=Udc，其中，Udc為升壓后的直流母線電壓。
工作模式2 V2，V5關斷時，并網電流經V1’，L2，交流電網，L3，VD2構成續流回路維持并網電流。此時，uAB=0。
工作模式3 電網電壓負半周時，V2’一直導通，V3，V4以相同的高頻驅動信號導通與關斷。V1’，V2，V5一直處于關斷狀態。當V3，V4導通時，輸入電源經過V3，V2’，L3，交流電網，L2，V4構成回路向電網供電。此時，uAB=-Udc。
工作模式4 V3，V4關斷時，并網電流經V2’，L3，交流電網，L2，VD3構成續流回路維持并網電流。此時，uAB=0。