【導(dǎo)讀】在單相小功率光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中,有隔離型和非隔離型兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。隔離型有成本高、體積大等諸多缺點(diǎn),因此非隔離型成為目前主流的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),本文主要介紹非隔離型的全橋以及HERIC兩種較為常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
在單相小功率光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中,有隔離型和非隔離型兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。隔離型有成本高、體積大等諸多缺點(diǎn),因此非隔離型成為目前主流的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),本文主要介紹非隔離型的全橋以及HERIC兩種較為常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
在非隔離型光伏系統(tǒng)中,電網(wǎng)和光伏陣列之間存在直接的電氣連接。由于光伏陣列和接地外殼之間存在對(duì)地雜散電容,當(dāng)并網(wǎng)逆變器功率器件動(dòng)作時(shí)存在共模電壓,進(jìn)而可能會(huì)有共模電流流過寄生電容。共模電流不僅會(huì)引起損耗的增加同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致安全問題,國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)并網(wǎng)系統(tǒng)的共模電流有嚴(yán)格的限制。因此下面的討論從共模電壓開始。
共模電壓的產(chǎn)生以及定義
圖1為典型的全橋無變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖,圖中Cp為光伏陣列對(duì)地寄生電容,根據(jù)共模回路電壓方程可以計(jì)算出共模電壓:
上式中UA0為A點(diǎn)對(duì)直流母線0電位的電壓值。
流過寄生電容的共模電流:
Ug是工頻50Hz電網(wǎng)電壓,而UA0、UB0是高頻信號(hào),因此在工程上共模電壓可以簡化為:
為抑制共模電流,通常采用的方法是維持共模電壓不變。
圖1.全橋結(jié)構(gòu)以及共模電壓分析
全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
全橋結(jié)構(gòu)通常采用單極性和雙極性兩種調(diào)制方式,由于采用的控制策略不同,共模電壓也不同。首先看單極性調(diào)制方式,其控制原理圖如圖2所示,在電流的正半周期,S4一直保持開通的,S1,S2互補(bǔ)導(dǎo)通;而在電流的負(fù)半周期,S3一直開通,S1,S2互補(bǔ)導(dǎo)通。下面以正半周期為例分析其共模電壓。
當(dāng)S1,S4開通時(shí),如a所示,電流從PV-S1-L1-L2-S4-PV,共模電壓為Ucm=Udc/2;當(dāng)S1關(guān)斷,S2,S4開通時(shí),處于續(xù)流狀態(tài),如b所示電流從L1-L2-S4-D2,共模電壓為Ucm=0,??梢钥闯鲈趩螛O性調(diào)制中,共模電壓在0和Udc/2之間變化,在系統(tǒng)運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生共模電流。
圖2.單極性調(diào)制共模電壓分析
對(duì)于雙極性調(diào)制而言,4個(gè)功率開關(guān)都是高頻開關(guān),橋臂對(duì)角S1/S4以及S2/S3分別互補(bǔ)導(dǎo)通。當(dāng)S1,S4導(dǎo)通時(shí),共模電壓計(jì)算和單極性調(diào)制一樣,Ucm=Udc/2。當(dāng)S1/S4關(guān)斷S2/S3開通,處于續(xù)流狀態(tài)時(shí)電流的路徑為L1-L2-D3-D2-L1,此時(shí)共模電壓為Ucm=Udc/2。因此可以看出在雙極性調(diào)制中,共模電壓保持恒定,共模電流得到了有效抑制。
但是雙極性調(diào)制中,4個(gè)功率開關(guān)都采用高頻調(diào)制,其損耗比單極性調(diào)制大,另外一方面雙極性調(diào)制中輸出交流端電壓在Udc和-Udc之間變化,而單極性調(diào)制中輸出端電壓在0到Udc或者0到-Udc之間變化,因此為減小電流紋波如果采用雙極性調(diào)制就需要更大的濾波器。
HERIC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
由于上述全橋結(jié)構(gòu)都有一些應(yīng)用上的缺陷,科學(xué)家提出著名的HERIC電路,從電路結(jié)構(gòu)上增加了4個(gè)功率器件T5/D5,T6/D6。由于電流在正半軸和負(fù)半軸工作對(duì)稱,這里只分析正半軸工況。在電流為正時(shí),T6保持開通,當(dāng)T1/T4同步開通時(shí),電流流過T1-L1-L2-T4-T1,在T1,T4關(guān)斷后,續(xù)流回路通過T6,D5,而不通過直流母線。在整個(gè)運(yùn)行過程中共模電壓保持不變Ucm=Udc/2。因此HREIC電路不僅可以抑制共模電流而且電流紋波小、效率高,成為無變壓器單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
圖3.HERIC拓?fù)鋱D
最后用圖表簡單小結(jié)一下這三種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn),可以看出HERIC集合了兩者的優(yōu)點(diǎn),在小功率太能應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。
(作者:楊勇,來源:英飛凌工業(yè)半導(dǎo)體)
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