基于改進(jìn)型全橋電路的非隔離光伏并網(wǎng)逆變器
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1.1光伏并網(wǎng)發(fā)電系統
光伏發(fā)電對世界能源的貢獻逐年增大，這有目共睹。
IEA PVPS的數據顯示，2009年該項目成員國共安裝光伏容量6.2GW（全球安裝約7GW），其中超過(guò)95%為并網(wǎng)系統，如圖1。
圖1光伏發(fā)電對世界能源的貢獻逐年增加
數據來(lái)源：IEA PVPS，International Energy Photovoltaic Power Systems Programme
1.2光伏發(fā)電系統
光伏發(fā)電系統由光伏電池陣列和并網(wǎng)逆變器組成（如圖2）。其中并網(wǎng)逆變器對發(fā)電系統的性能和成本起著(zhù)重要的決定作用。
按照是否帶變壓器，并網(wǎng)逆變器可以分為隔離型和非隔離型，包括：工頻隔離并網(wǎng)逆變器、高頻隔離并網(wǎng)逆變器、非隔離并網(wǎng)逆變器（單級式和多級式）等。
工頻隔離并網(wǎng)逆變器（如圖3）具有電氣隔離、消除電流直流分量等優(yōu)點(diǎn)，但體積重量大、價(jià)格高，只有94%—96%的系統效率。
高頻隔離并網(wǎng)逆變器（如圖4）具有電氣隔離、體積、重量、成本降低等優(yōu)勢，但系統效率只有90%—95%。
非隔離并網(wǎng)逆變器分為單級式非隔離并網(wǎng)逆變器和兩級式非隔離并網(wǎng)逆變器。單級式非隔離并網(wǎng)逆變器適合更高PV電壓和功率；而兩級式非隔離并網(wǎng)逆變器適合寬電壓范圍的PV陣列，它們都具有98.8%的最高效率，體積小、重量輕、成本低，但其缺點(diǎn)是電池板和電網(wǎng)之間出現電氣連接。
圖2光伏發(fā)電系統的組成結構
圖3工頻隔離并網(wǎng)逆變器結構圖
電氣連接為漏電流提供了流通路徑，是高效率的非隔離光伏并網(wǎng)逆變器應用的最大障礙。漏電流問(wèn)題會(huì )產(chǎn)生寄生電容150nF/kWp，引起開(kāi)關(guān)頻率共模電壓源。目前大多采用電路結構SPWM調制的策略。
圖4高頻隔離并網(wǎng)逆變器
2.非隔離并網(wǎng)逆變器常用電路拓撲
過(guò)去，我們常采用雙極性SPWM調制的全橋并網(wǎng)逆變器（圖5為其拓撲結構），因為其效率不高，常應用在小功率場(chǎng)合，而且沒(méi)有專(zhuān)利壁壘。
圖5雙極性SPWM調制的全橋并網(wǎng)逆變器的拓
這里我們要介紹幾種具有專(zhuān)利的拓撲結構。
2.1 Sunways公司的專(zhuān)利拓撲（圖6）
單相兩級式系列：AT 2700/3000/3600/4500/5000：
單相單級式系列：NT 2500/3700/4200/5000；
三相兩級式系列：Three-phase IxIT 10000/11000/12000。
圖6 Sunways公司的專(zhuān)利拓撲
2.2 SMA公司的專(zhuān)利拓撲（圖7）
單相兩級式系列：SB3000TL/4000TL/5000TL;
單相單級式系列：SMC6000TL /7000TL /8000TL
/9000TL /10000TL /11000Tlo
圖7SMA公司的專(zhuān)利拓撲
2.3半橋型拓撲
二電平SPWM半橋無(wú)專(zhuān)利壁壘，因而被廣泛采用；此外，還有單極性SPWM三電平半橋。
3．改進(jìn)型全橋非隔離光伏并網(wǎng)逆變器
先來(lái)看單相并網(wǎng)逆變器的漏電流分析的模型（如圖8）是如何解決單相并網(wǎng)逆變器的漏電流問(wèn)題的。
濾波支路：受進(jìn)網(wǎng)濾波器、EMI濾波器和電網(wǎng)寄生參數支配，對共模電流回路阻抗起主導作用；
寄生支路：由橋臂中點(diǎn)寄生電容構成，對共模電流回路阻抗起影響作用：
我們通過(guò)單相并網(wǎng)逆變器的漏電流分析模型（如圖9）歸納出兩種消除漏電流的途徑：
?。?）在電路和寄生參數對稱(chēng)的前提下（即滿(mǎn)足
圖8單相并網(wǎng)逆變器的漏電流分析的模型
圖9單相并網(wǎng)逆變器的漏電流分析的模型
VCM-DM：0），SPWM開(kāi)關(guān)方式產(chǎn)生的VCM電壓為恒值；
?。?）SPWM開(kāi)關(guān)方式產(chǎn)生的VCM電壓為高頻時(shí)變時(shí)，通過(guò)電路參數匹配使得VCM+VCM-DM=consto。
全橋類(lèi)單相并網(wǎng)逆變器漏電流抑制技術(shù)包括：
?。?） 在電路和寄生參數對稱(chēng)的前提下（即滿(mǎn)足VCM-DM：O）SPWM開(kāi)關(guān)方式產(chǎn)生的v電壓為恒值。
常見(jiàn)電路有以下幾種：
帶交流旁路環(huán)節的全橋電路；
帶直流旁路環(huán)節的全橋電路；
帶直流側旁路箝位的全橋電路；
基于功能和效率優(yōu)化的改進(jìn)型全橋電路。
加入一支可控開(kāi)關(guān)管和分壓電容構成雙向箝位支路。
4.理論分析與實(shí)驗研究
4.1電路結構與驅動(dòng)時(shí)序
主電路結構SPWM和驅動(dòng)時(shí)序工作模態(tài)為電流正半周和電流負半周。
電壓箝位工作是續流階段中點(diǎn)電壓隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)，提升中點(diǎn)電壓或降低中點(diǎn)電壓。
4.2功率器件損耗分析與計算
以光伏電壓500V、功率5kW等級為例（如圖10），我們在如下實(shí)驗條件進(jìn)行研究。
輸入電壓：340—700VDG
光伏寄生電容：2×0.1 u F
電網(wǎng)：220V/50Hz
進(jìn)網(wǎng)濾波器：4mH+6.6 u F
功率：1kW
開(kāi)關(guān)頻率：20kHz
以下羅列了4種電路實(shí)驗形式：
A： Haric
B:H5
C： H6
D： Optimized H5
圖1 0功率器件損耗分析與計算
圖1 1實(shí)驗A:Haric
5．結論
非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器具有效率高、體積小重量輕等優(yōu)點(diǎn)；
根據橋式非隔離光伏并網(wǎng)逆變器漏電流分析模型，我們可以得出兩條抑制開(kāi)關(guān)頻率漏電流的途徑；
我們希望提出一種改進(jìn)型全橋非隔離光伏并網(wǎng)逆變器拓撲，可以實(shí)現對漏電流性能和變換效率進(jìn)行優(yōu)
化。
圖12實(shí)驗B:H5
圖13實(shí)驗C： H6
圖14實(shí)驗D：Optimized H5
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