袁颖，马海啸

　　（南京邮电大学 自动化学院,江苏 南京 210046）

摘要：针对已有的无变压器光伏逆变器存在共模电压威胁人身安全的问题，在非隔离光伏逆变器（Highly Efficient Reliable Inverter Concept，HERIC）拓扑的基础上，提出了一种新型的箝位型HERIC拓扑。箝位型HERIC拓扑是在逆变器直流输入电容的中点加入了另一个开关管，使整个工作过程中共模电压保持不变。通过仿真发现这一理论是可行的。然后分别搭建HERIC逆变电路和箝位型HERIC逆变电路，通过对比实验和数据分析验证了仿真结果，证明了箝位型HERIC拓扑的有效性和低漏电流特性。

关键词：光伏逆变器；非隔离；拓扑；共模电压；箝位

　中图分类号：TM464文献标识码：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.01.011

　　引用格式：袁颖，马海啸.一种新型Heric光伏逆变器漏电流抑制技术研究［J］.微型机与应用，2017,36（1）：35-37,43.

0引言

　　图1HERIC拓扑结构随着新能源的兴起，太阳能已经得到了广泛应用，这其中包括光伏发电。传统的光伏并网逆变器都是采用变压器来进行电隔离的，以此保障人身安全。但是，这也存在变压器的使用大大降低了系统效率的缺点。近几年来人们提出了多种无变压器光伏逆变器拓扑，这其中包括 HERIC拓扑(如图1)，该拓扑是在H桥的桥臂两端加上两个反向的开关管进行续流，以达到续流阶段电网与光伏电池隔离的目的，这一创新具有极大的意义［14］。虽然较之前的变压器其效率有很大提升，但该拓扑的共模电压还是存在的，对人身安全还是有很大威胁。因此本文在HERIC拓扑上进行改进，在其续流通道的中点接一开关管在直流输入电容的中点，以达到箝位的目的，使得整个工作过程中共模电压保持不变。

1新型HERIC拓扑原理介绍

　　1.1控制方法

　　新型HERIC拓扑如图2所示。

　　图2新型Heric拓扑结构开关管驱动信号时序图如图3所示。ugs1～ugs7 分别对应S1～S7开关管的控制信号。其采用PWM控制方法［58］。三角波进行上下平移。上三角载波vc1与调制波vr（正弦波）交截产生控制波形ugs1和ugs4，下三角载波vc2与调制波vr交截产生控制波形ugs2和ugs4。ugs1和ugs2取或非得到ugs5、ugs6、ugs7。

　　1.2工作原理

　　该拓扑的工作过程有4个模态［9］，如图4所示。

　　（1）模态1，正半周期，如图4(a)所示，开关管S1、S4导通， 其余关断。电流从正极出发，经过S1、Lf1、R、Lf2、S4，最后流回电源负极。该过程中uAN=VPV，uBN= 0，故共模电压ucm=(uAN+uBN)/2=0.5 VPV。

　　（2）模态2，正半周续流阶段，如图4(b)所示， S5、S6和S7导通，其余关断。由于电感存在电流续流，依次流经Lf1、R、Lf2、S6、S5，该过程中太阳能电池与电网隔离。当Q点电位高于输入电容中点电位时，二极管D1承受正向电压导通，Q点电位被箝位至输入电压的一半。当Q点电位低于输入电容中点电位时，开关管S7的导通使Q点电位被箝位至输入电压的一半。整个续流阶段，uAN=0.5 VPV，uBN=0.5 VPV，故共模电压ucm=0.5 VPV。

　　（3）模态3，负半周期，如图4(c)所示，开关管S2、S3导通，其余关断。电流从正端流出经过S3、Lf2、R、Lf1、S2。该过程中uAN=0，uBN=VPV，故共模电压ucm=0.5 VPV。

　　（4）模态4，负半周续流阶段，如图4(d)所示，开关管S5、S6和S7导通，其余关断。电流经过Lf2、R、Lf1、S5和S6。原理同模态2。整个阶段uAN=0.5 VPV，uBN=0.5 VPV，故共模电压ucm=0.5 VPV。

　　经过分析可知，整个工作过程中共模电压保持不变，故不会产生共模漏电流。

2仿真结果

　　通过saber仿真软件仿真的S1～S7开关管的控制信号波形如图5所示。其中ugs1,4是S1和S4两个开关管的的控制信号，ugs2,3是S2和S3的控制信号，ugs5,6,7是S5、S6、S7的控制信号。仿真输出的电压波形如图6所示，为幅值在220 V左右的正弦波。

　　图7为共模电压分析图，uAN、uBN是桥臂中点A、B对负端N的电压，共模电压ucm=(uAN+uBN)/2，uo为逆变器输出电压，通过计算得知共模电压ucm维持在180 V左右。

　　从saber仿真软件得到的仿真波形来看，实验设想是可行的，通过波形数值分析可知，是能够保证整个工作过程中共模电压保持不变的。

3实验结果

　　为了验证实验的正确性，现分别搭建HERIC逆变电路和箝位型Heric逆变电路，并在相同功率下比较实验结果。实验样机参数如表1所示［1011］。图8、图9分别是HERIC逆变电路和箝位型HERIC逆变电路的实验波形。Icm为漏电流，通过示波器对漏电流Icm进行频谱分析（FFT）。

　　通过比较图8(a)和图9(a)的波形可知，箝位型HERIC逆变器拓扑的共模电压较HERIC逆变器拓扑得到很好控制，波形更加平稳，共模电压始终维持在直流输入电压的1/2左右。比较图8(b)和图9(b)， FFT分析结果显示，HERIC拓扑的漏电流大小为7 mA，而箝位型HERIC拓扑只有3.5 mA。

4结论

　　本文提出的新型箝位型HERIC逆变器拓扑在整个周期可产生恒定的共模电压，且比HERIC拓扑具有更好的共模电压抑制作用，降低了漏电流。

　参考文献

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