[发明专利]抑制共模电流的非隔离单相光伏并网逆变器及控制方法

说明书

本发明涉及一种抑制共模电流的非隔离单相光伏并网逆变器及控制方法，逆变器由四个开关管两个桥臂组成，一个开关频率为工频的低频开关管、一个电感和一个高频开关管串联组成一个桥臂，电网接两桥臂中点之间。相比于传统的全桥并网逆变器，该拓扑将滤波电感从电网侧移至逆变器桥臂中间，并增加了2个续流二极管VD₁、VD₂。有效抑制漏电流；高效率；功率器件易于保护；有效抑制了功率器件开通和关断时的噪声。运行结果表明，本发明拓扑在抑制漏电流、提高系统效率方面效果很好，可以替代目前采用的HERIC,HBZVR等方案，其市场前景巨大。

技术领域

本发明涉及一种逆变器技术，特别涉及一种抑制共模电流的非隔离单相光伏并网逆变器及控制方法。

背景技术

单相光伏并网逆变器的拓扑一般可分为带工频变压器隔离型和无变压器非隔离型两种。工频变压器重量大、体积大、成本高，且存在多个转换阶段，降低了系统效率。而无变压器非隔离型单相光伏并网逆变器重量小、体积小、成本低，且能提高1-2％的系统效率，因此，非隔离型光伏并网逆变器得到了广泛应用。但是，光伏阵列与大地之间存在寄生电容，寄生电容两端共模电压发生变化，将产生共模电流；而非隔离型拓扑中光伏阵列与电网之间存在直接的电流通路，寄生电容产生的漏电流增加了电网电流总谐波畸变率(THD)、系统电磁干扰(EMI)、系统整体损耗，并威胁人员安全。

为了减小漏电流，研究人员提出了两类拓扑结构。第一类拓扑实现了电气隔离，通过增加额外的开关管，在续流阶段切断光伏阵列与电网之间的连接，从而抑制了系统共模电流，但由于开关寄生电容的存在，这些拓扑无法完全避免漏电流。第二类拓扑是将共模电压钳位为直流侧电压的一半，使得共模电压在开关周期内保持不变，从而达到抑制共模电流的效果，但这类拓扑引入了额外的开关管，增加了成本和复杂性，且系统损耗增加，效率降低。

发明内容

本发明是针对单相光伏并网逆变器存在的问题，提出了一种抑制共模电流的非隔离单相光伏并网逆变器及控制方法，具有抑制漏电流、保护功率器件、抑制开关管开通和关断的噪声作用等功能。

本发明的技术方案为：一种抑制共模电流的非隔离单相光伏并网逆变器，开关频率为工频的低频开关管VT₁串联电感L₁、高频开关管VT₂后并联在光伏阵列输出两端，续流二极管VD₁并联在串联的低频开关管VT₁和电感L₁两端，续流二极管VD₁与电感L₁连接端为正；开关频率为工频的低频开关管VT₃串联电感L₂、高频开关管VT₄后并联在光伏阵列输出两端，续流二极管VD₂并联在串联的低频开关管VT₃和电感L₁₂两端，续流二极管VD₂与电感L₂连接端为正；低频开关管VT₁与电感L₁连接点为a，此为第一桥臂中点a；低频开关管VT₃与电感L₂连接点为b，此为第二桥臂中点b；电网接两桥臂中点之间。

所述抑制共模电流的非隔离单相光伏并网逆变器的控制方法，通过采集光伏电池板的输出电压和电流，采用变步长扰动观察法实现最大功率跟踪，通过最大功率跟踪算法得到逆变器直流母线的给定电压直流母线给定电压和光伏阵列输出电压U_PV的偏差经过PI控制器得到光伏阵列输出的给定电流光伏阵列输出的给定电流与锁相环得到的电网角度θ的sinθ相乘得到逆变器电流给定信号电流给定信号与逆变器输出实际电流i_inv的偏差经过比例准谐振控制器得到静止坐标系的电压给定信号通过PWM调制后得到逆变器的PWM驱动信号，控制高频开关管工作。

所述比例准谐振控制器的传递函数为：