您的当前位置:首页正文

基于改进型Heric拓扑的单相无变压器型光伏并网逆变器

2022-11-07 来源:客趣旅游网
第36卷第9期 2018年9月 可再生能 Renewable Energy Resources Vol36 No.9 Sept.2018 基于改进型Heric拓扑的单相 无变压器型光伏并网逆变器 路莲,边敦新,陈羽 255049) (山东理T大学电气与电子工程学院,山东淄博摘要:传统Heric拓扑中,因桥臂中点电压处于悬浮状态.而不能稳定共模电压,无法完全抑制漏电流。文章 提出了一种新型有源中点箝位逆变拓扑,在Heric拓扑续流桥臂中点处向分压电容中点引入一条T型通路,该 通路能够使中点电压有效箝位。最后,仿真实验结果验证了所提的拓扑结构能够稳定共模电压和抑制漏电流。 关键词:漏电流;逆变拓扑;T型通路;中点箝位 中图分类号:TK81 文献标志码:A 文章编号:1671—5292(2018)09—1314—05 0前言 进行详细分析,推导出该拓扑的共模电压始终稳 定为一恒值.符合抑制漏电流的条件。最后通过仿 真验证该拓扑箝位续流阶段的中点电压和抑制漏 电流的有效性。 1无变压器型逆变器拓扑分析 无变压器型逆变器具有尺寸小、成本低和效 率高等优点,被广泛应用于光伏发电系统ll 。无 _变压器型逆变器由于不具有变压器隔离。在高频 开关策略和拓扑结构的限制下,光伏模块和大地 之问会产生不断变动的共模电压,共模电压通过 寄生电容注人漏电流,会造成电网电流谐波、电 Heric逆变拓扑结构如图1所示。 磁干扰等严重的安全问题同。 根据等效的无变压器型光伏发电系统模型 可知,在保持滤波电感参数对称的前提下,只要 保证输出共模电压为一恒值,即可消除漏电 流_7 。在此结论下,_文献【10]分析总结了传统逆 变拓扑H5,H6,Herie,HB—ZVR和高效率H6在 相应调制方式下的工作原理。文献【11]设计新型 H6拓扑.该拓扑采用无源箝位思想,稳固中点电 压.能够完全抑制漏电流。且损耗低于传统H6。 文献[12]为适用各类逆变拓扑,引入在正、负半周 期内分别进行续流的低频箝位通路,但功率管数 量增多,造成成本高和效率低。文献[13] ̄1J用软开 关技术提出的ZVR—H6拓扑,实现零电压开断和 一图1 Heric拓扑 Fig.I Heric topology 为了能够续流,该拓扑在H桥的交流侧增加 对背靠背的功率管器件s ,s 。实现了光伏直流 侧和电网交流侧之间的电气隔离,避免续流时滤 自由箝位同时进行,但受限于调制技术,工作过 程复杂。文献[14]提出新型PVC—H6拓扑,在电路 中增加偶数个无源二极管,实现无源中点箝位。 本文在Heric逆变拓扑的基础上,提出了一 波电感L ,LJ2与直流电容C,之间的无功传输,消 除高频谐波,提高了效率。但在实际应用过程中, 交流桥臂中点电压不能保持稳定,造成共模电压 悬浮。不能确保消除漏电流。 为解决中点电压悬浮问题,文献【15】提出了 种T型有源中点箝位拓扑(T—type Active Clamp Heric,TAC—Heric)。对新型拓扑工作的4个过程 收稿日期:2017—11—19。 AVC—Herie(有源中点箝位概念)逆变拓扑结构, 基金项目:国家重点研发计 ̄J(2016YFB0900605)。 通讯作者:边敦新(1969一),男,博士,副教授,研究方向为电力电子与新能源发电技术。E-mail:dxbian@sdut.edu.cn 1314· ·路莲.等基于改进型Hefic拓扑的单相无变压器型光伏并网逆变器 如图2所示。 图2 AVC—Heric拓扑 Fig.2 AVC——Heric topolo ̄ 该拓扑引入直流分压电容,在续流通道s 和 S 的中点接人一功率管S ,将共模电压箝位到分 压电容中点,从而有效地抑制漏电流。该新型拓 扑在续流阶段根据两端中点电压极性,电流会经 过开关管S 或反并联二极管D ,满足双向导通能 力,有效箝位电压,但功率管的体二极管整体的使 用性能一般较差,不能够快速导通和关断,对稳定 中点电压仍有一定影响。同时,功率管的成本也 较高。 2新型的拓扑结构与工作原理 2.1拓扑介绍 为更好地抑制漏电流.本文对前文的拓扑加 以改进,提出一种新型T型有源中点箝位的光伏 逆变拓扑TAC—Hefic.如图3所示。 图3新型TAC—Heric拓扑 Fig.3 Novel TAC-Heric topolo ̄ 该拓扑在续流桥臂中点加入一条T型通路 至分压电容中点,T型通路的双向导通避免了二 极管因反向恢复较慢,而造成箝位电压不稳定问 题。 2.2驱动信号 该拓扑采用SPWM调制策略.各开关管驱动 信号如图4所示。 SI,S n厂]厂]厂]n S2,S 『1 r]r_]厂]n S5,S ]n『1『1厂]广 ]r]『1『1几厂 S7,S8 ]r_1『1 r]广 ]门 『1 厂 图4开关管驱动信号 Fig.4 Power tube drive signal 在载波信号的正半周期,S ,S 高频导通,负 半周期S:,S。高频导通。在开关关断死区,S ,S 导 通续流,同时s,和VD。或S 和VD 导通箝位。 2.3工作原理 将直流输入的负极Ⅳ作为对地参考点,本文 TAC—Heric逆变电路4个工作周期如图5所示。 (a)正半周期 (b)正向续流 (c)负半周期 (d)反向续流 图5 TAC—HeHc拓扑的工作过程 Fig.5 Operation process of TAC-Hefic topolo ̄ ·l315· 可再生能骤 ①载波信号的正半周期,功率管S ,S 以高频 方式开关。S ,S,保持关断。Sh 导通时,电流经过 开关ShLh电网 , 和开关S ,此时输出电压 UAN=UI,、_’UBN=O,共模电压为 U F③载波信号的负半周期,s ,s,以高频方式开 关。shs 保持关断。52,S,导通时,电流经过开关 S , ,电网 ,L 和开关S 。此时输出电压“ =O, llBN-tl 共模电压为 It t一—— 一 — 一 丁iii- = =  (3)Lj  t nF—— 一 — 一 ■i毕: : — (1l ) 式中: ,u 分别为逆变器的两个输 电压;uW 为光伏直流源电压。 ④s:,s,关断的死区时间,续流电流经L:,电 网 ,L。,开关S 和S 的反并联二极管。桥臂中点 电压导通方式与状态2相同,此时输出电压“ : O.5u…UBN=0.5u。 ,共模电压为 ·②功率管s ,s 关断的死区时间,电流流动方 向保持不变,经过L。、电网 , ,开关S 和开关 S 的反并联二极管。当交流桥臂中点P点电压高 于分容电压中点Q点的电压时,开关S 导通,二 F—— 一 —— 『_一 = “AN+“BN 0.5uI ,+0.5『上 (4) 极管VD。正向导通,P点电压被箝位至分压电容 中点。保持为光伏电源电压的一半;当续流桥臂中 点P点的电压低于分压电容中点Q点的电压时, 开关S 导通,二极管VD:正向导通。续流桥臂中 南式(1)~(4)可知,共模电压始终为光伏电源 电压的l/2,为恒值 箝位通路能够快速的导通和 关断。桥路中点电压稳定,该拓扑能够完全抑制漏 电流。 3仿真结果 点电压得到稳固,不再悬浮。此时输出电压llAN= 0.5ul ,/ZBN=0.5u ,共模电压为 MAN+ “ ·l=— 0.5un +0.5“}I、 — 通过Matlab/simulink对本文的拓扑进行分 析,仿真结果如同6所示。 AVC—Heril·轩i扑 Heft,拓扑 AVC—Herit·并汁h Heric{f讨 喜 黧 垂:蓁20 0 15 。 l5 一喜: 薰 004 tls 0.06 0 0.02 O.02 垂一莲 (d)负载电流 l0 (c)共模电压 {5 交0 捌一 l0 0.O6 0 O.02 tls 0.04 0.(】6 (e)负载电流放大波形 (f)漏电流i 图6 Heric拓扑和AVC—Heric拓扑波形对比 Fig.6 Comparison of waveform between Hel’ic topology and AVC—Herk。topology 由图6可知,1 作周期中.没有箝位通道的 Heric拓扑输出电压//'AN,/Z 的反向输 波形峰值 高达300 V.而AVC—Heric拓扑的输出电压只有 0~50 V的小幅度变动.输出电压有明显的改善。 产生明显的纹波。AVC—Heric拓扑的负载电流较 为平稳,从放大波形上看,纹波现象依然存在。 Heric拓扑的漏电流为一8~8 mA,波动较大,AVC— Heric拓扑漏电流波形稀疏.峰值最大不超过5 nlAo Heric拓扑向电网注入了高次谐波,导致负载电流 ·13l6· 路莲.等 基于改进型Heri(·拓扑的单相无变压器型光伏并网逆变器 对Herit.拓扑和AVC—Heric拓扑的负载电流 分别进行F 分析,结果如图7,8所示。 6 5 4 400 300 > 啬一馨 3 2 ● O 虞200 100 O I—————————— 厂 … O03 0.04 t/s 0 0.0l 0.02 0.05 0.O6 _ 0 IIll…………- 200 4(M】 600 800 l(X)0 (a)TAC—Heric拓扑共模电压 顿啐i,Hz 图7 Heric拓扑负载电流FFT分析 Fig.7 FF ’I.’dJmlysis rlf Her’i(‘topoh'gy load(。LIITent (b)TAC—Heric拓扑负载电流 顺宰/tIz (( )TAC—Heric拓扑漏电流i 图8 AVC—Heric拓扑负载电流FFT分析 Fig.8 FF’T analvsls of AVC—He!’ic topolog>’loact euI’rellt .图10 TAC—Heric拓扑的仿真波形 Fig.1 0 Simulation waveform of TAC—Herk’topolog) r}{罔7,8可知,Heri ̄·拓扑的谐波畸变率达到 8.10% AVC—Hel·ic拓扑谐波畸变率降为6.46%, 仍不符合同际并网电流谐波畸变率小于5%ft ̄要 求,需改善滤波设计和加强并网控制来减少谐 波 本文拓扑的负载电流F 分析结果如图1 1 所示。 0·5  lj 频{ c1=23 3( TH1)=2 58% 04 埘本文提出的逆变拓扑进行仿真分析,结果 如图9.10所示 400 釜0 ‘馨02 .0.1 200 0 口 0 I 0 l l I I III …IIl 200 400 600 8o0 l000 频" ̄<-/Hz 图11 TAC—Heric拓扑负载电流FFT分析 Fig.1 1 FPF analysis of TAC-Hefic topology load cu ̄Tent -200 --400 南图l1可知,谐波畸变率THD为2.58%.达 0.03 0.04 t/s 0 05 0.O6 ()0.0l 0.02 到国际要求 4结论 (u)TAC—Iteri ̄·拓扑f』l、 400 本文提出了T型有源中点箝位的TAC—Heric 200 乏 幽-逆变器拓扑。在SPWM调制策略下.分析该拓扑 0 的T作过程,得出以下结论:①新型T型箝位拓 扑很好地解决了Heric拓扑中点电压悬浮问题. ().【】I (1.【l2 ().03 ,^ 200 -400 0 0 o4 0.()5 0.06 (1I)_r^(:一Hel 打1扑“lI、 图9 TAC—Heric拓扑的输出电压 Fig.9 Outpt!t、.ohage of rAC-Heric topology 比AVC—Heric拓扑的箝位能力强:②整个工作周 期中,该拓扑具有完全稳定的共模电压,消除漏电 流;③向电网注入了高质量的电流,电流谐波畸变 少,避免电磁干扰,能够保证光伏并网逆变系统的 ·l3l7· 可再生能源 正常运行。 参考文献: 【1] Kjaer S B,Pedersen J K,Blaabjerg F.A review of single——phase grid——connected inverters for photovoltaic 1 76. 2018,36(9) [8]杨秋霞,高金玲,荣雅君,等.单相光伏并网系统共模 电流分析l J1.电网技术,2011,35(1):180—185. [9]唐婷,石祥花,黄如海,等.非隔离型光伏并网逆变器 漏电流抑制机理分析与改进【JI.电力系统自动化, 2013,37(18):25—31. modules[J].IEEE Transactions on Industry Applications, 2005,41(5):1292—1306. [10]邬伟扬,郭小强.无变压器非隔离光伏并网逆变器漏 电流抑制技术【JJ.中国电机工程学报,2012,32(18): 1—8. 【2]韩芳.我国可再生能源发展现状和前景展望IJJ.可再生 能源,2010,28(4):137—140. [3]胡兵,张彦虎,赵为,等.光伏发电逆变器拓扑及关键 技术综述fJ].电力电子技术,2013,47(3):18—20. [4]章激扬,李达,杨苹,等.光伏发电发展趋势分析[JJ.可 再生能源,2014,32(2):127—132. [5]Tamds Kerekes,Remus Teodorescu,Pedro Rodriguez.A new high—-eficiency sifngle——phase transformerless PV 【1 1]孙懿姣,惠晶.一种新型H6桥非隔离光伏并网逆变器 [J].电力电子技术,2015,49(6):80—82. f121孙慕文,赵晋斌,屈克庆.基于低频中点箝位单元的非 隔离并网逆变拓扑[J].电网技术,2016,40(12):3938— 3944. [13】肖华锋,刘隰蒲,兰科.一种零电压转换H6结构非隔 离光伏并网逆变器fJ].中国电机工程学报,2014,34 (3):363—370. inverter topology l J1.IEEE Transactions on Industrial Electronics,2011,58(1):184—191. 【6】T Kerekes,R.Teodorescu,M Liserre.Common mode voltage in case of transformerless PV inverters [14]王金华,顾云杰,胡斯登,等.一种二极管无源钳位的 单相无变压器型光伏并网逆变拓扑研究 .中国电机 工程学报,2015,35(6):1455—1462. connected to the grid『J].IEEE International Symposium on Industrial Electronics,2008,30,2390—2395. [15]崔文峰,胡森军,李武华,等.基于有源箝位的无变压 器型单相光伏并网逆变器【JJ.电丁技术学报,2015,30 (16):26—32. [7] 张立影,刘智昱,孟令甲,等.基于小波变换和神经网 络的光伏功率预测[J].可再生能源,2015,33(2):171— A novel single---phase transformerless photovoltaic grid--- connected inverter based on improved heric topology Lu Lian,Bian Dunxin,Chen Yu (College of Electrical and Electronic Engineering,Shandong University of Technology,Zibo 255049,China) Abstract:In traditional Heric topology,the common—mode voltage can not be stabilized and the leakage current can not be completely suppressed because the midpoint vohage of the bridge arm is suspended.Based on Heric topology,a new active midpoint clamp inverter topology is proposed, and a T——path to the midpoint of the vohage divider is introduced at the midpoint of the Heric topology freewheeling arm,which can make the neutral point voltage clamped effectively.Finally, The effectiveness of the proposed topology is verified by simulation results in stabilizing common mode voltage and eliminating leakage current. Key words:leakage current;inverter topology;T—path;midpoint clamp ·1318· 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容