图 ３ 新型电路拓扑 ｒ ｏ ｏ ｓ ｅ ｄ ｎ ｅ ｗ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｔ ｏ ｏ ｌ ｏ ３ Ａ Ｆ ｉ ． ｐ ｐ ｐ ｇ ｙ ｇ
本文电路拓扑工作模式如图 ４ 所示 。 电网电压 开关 开关 Ｓ 正半周期内 ， 开关 Ｓ ６ 和开关 Ｓ ４ 导 通， ２、 开关 Ｓ Ｓ ３ 和 开关 Ｓ ５ 关 断， １ 采用正 弦 脉 宽 调 制 （ 控制其导通或关断 。 当开关 Ｓ 光 Ｓ ＰＷＭ） １ 导通时 ， ， （ ） 。 两 端 伏系统 寄 生 电 容 Ｃ 电 压 为 如 图 所 示 ０ ４ ａ ｖ ｐ 光伏系统寄生电容 Ｃ 当开关 Ｓ ｖ两 端 电 压 １ 关断时 ， ｐ （ ） 。 ， 仍保持为 ０， 如图 ４ 所示 电网电压负半周期内 ｂ 开关 Ｓ 开关 Ｓ 开关 Ｓ ３ 和开关 Ｓ ５ 导通 ， １、 ４ 和开关 Ｓ ６ 关断 。 开关 Ｓ ＰＷＭ 控制其导通或关断 。 当 ２ 采用 Ｓ ， 导通时 开关 Ｓ 光 伏 系 统寄生电容 Ｃ ｖ两 端 电 压 为 ２ ｐ ） 电网电压 ， 如图 ４（ 所示 。 当开关 Ｓ 光伏 ｃ ２ 关断时 ， 系统寄生电容 Ｃ 如图 ｖ两端电压仍保持为电网电压 ， ｐ （ ） 。 ， 所示 值得注 意 的 是 电 网 电 压 频 率 远 低 于 光 ４ｄ 伏系统开关频率 ， 因此 ， 低频电网电压对漏电流影响 ［ ７］ 。 可近似忽略 图 ５ 所示为本文电路拓扑的调制策略 。 其中任 工作于高频模式 ， 意时刻只有一个开关 （ 其 Ｓ １ 或Ｓ ３） ， ， ， ） （ 。 余开关 Ｓ ２ Ｓ ４ 研制与开发 · 郭小强 ， 等 六开关光伏并网逆变器共模漏电流抑制方法
半周期为 ０， 整个工作 下半周期呈低频 ５ ｚ变化 ， ０Ｈ 周 期 内， 寄 生 电 容 两 端 电 压 不 含 高 频 分 量。 根 据 （ ／ ） 可知 ， 本文提出的电 路 拓 扑 可 以 有 ｉ ＝Ｃ ＵＣｐ ｔ ｄ ｖ ｄ ｐ ｖ 效抑制漏电流 。
得到有效抑制 。 根据 然 而， 当Ｌ １ ≠Ｌ ２ 即 电 感 值 不 匹 配 时， ） ） 式（ 至式 （ 可知 ， 整个工作周期内寄生电容两端 １ ４ 电压随着工作状态而改变 。 图 ２ 给出了电感值不匹 配时的光伏系统寄生电容电压 。
２ 电路拓扑及工作原理
为了 解 决 上 述 问 题 ， 本文提出一种如图３所示 。 ， 的新型电路拓扑 图 中 Ｓ 辅 Ｓ Ｓ Ｓ １， ２， ３， ４ 为 主 开 关， 助开关 Ｓ ５ 和二极 管 Ｄ １ 串联后并联在滤波电感 Ｌ １ 两端 ， 辅助开关 Ｓ ６ 和二极管 Ｄ ２ 串联后并联在滤波 电感 Ｌ ２ 两端 。
（ ） １
— １ １ — ０
（ ） ０ １ ４， ３ ８ １ ４ ２
当Ｓ 电流经 Ｓ １ 和Ｓ ４ 关 断 时， ６ 及Ｓ ５ 反并联二 极管续流 ， 此时寄生电容 Ｃ ｖ 两 端 电 压 Ｕ２ 等 于 开 关 ｐ 即 Ｓ ４ 压降和电感 Ｌ ２ 两端电压之和 ，
电压中含有高频开关分量 ， 由 由图 ２ 可以看出 ， ／ ） 可知 ， 光伏系统共模电流 将 受 到 很 ｉ ＝Ｃ ＵＣｐ ｔ ｄ ｄ ｖ（ ｐ ｖ 大影响 。 值得 注 意 的 是 ， 上述研究对象是传统交流旁路 六开关拓扑 ， 对于其 他 直 流 旁 路 或 交 流 旁 路 拓 扑 也 存在同样的问题 。 因 此 ， 电感不对称情况下的漏电 流抑制问题有待进一步研究 。
Ｕｄ Ｕｄ Ｅ Ｅ （ ） ＝ ２ ＵＣｐ ＝ Ｌ － ２－ ｖ Ｌ１ ＋Ｌ Ｌ ２ ２ ２ １ ＋１ Ｌ ２ 电网电压 负 半 周 期 内 ， 开关 Ｓ Ｓ ６ 关 断、 ５ 导 通、 。 ， 当Ｓ Ｓ ２ 和Ｓ ３ 采用高频调制 ２ 和Ｓ ３ 导通时 寄生电 两端电压 等于电感 两 端电压和电网电 容Ｃ Ｕ Ｌ ｖ ３ １ ｐ 压之和 ， 即 Ｌ２ Ｅ －Ｕｄ Ｅ＋Ｕｄ Ｌ １ （ ） ＵＣｐ ＝Ｅ－ Ｌ ３ １＝ ｖ Ｌ Ｌ Ｌ １＋ ２ ２ １＋ Ｌ １ ， 当Ｓ 和 关 断 及 时 电 流 经 Ｓ Ｓ Ｓ ２ ３ ５ ６ 反并联二 极管续流 ， 此时寄生电容 Ｃ ｖ 两 端 电 压 Ｕ４ 等 于 开 关 ｐ 即 Ｓ ４ 压降和电感 Ｌ ２ 两端电压之和 ， Ｕｄ Ｕｄ Ｅ Ｅ （ ） ＵＣｐ ＝ Ｌ － ＝ ４ ２－ ｖ Ｌ１ ＋Ｌ ２ Ｌ１ ２ ２ ＋１ Ｌ ２ 根据式 （ 至式（ 可 知， 当Ｌ １） ４） １ ＝Ｌ ２ 即电感值 匹配时 ， 整个工作周 期 内 光 伏 系 统 寄 生 电 容 两 端 电 ／ （ 寄生电容电压只含直流分量 为 压 ＵＣｐ ２， Ｅ－Ｕｄ ） ｖ ／ ／ 不含高频分量 。 根据 漏 电 ２ 和低频分量 Ｅ ２， －Ｕｄ ／ ） 可知 ， 系统共模电流可以 流表达式ｉ ｄ ｄ ＝Ｃ ＵＣｐ ｔ ｖ（ ｐ ｖ
０ 引言
由于 非 隔 离 型 光 伏 发 电 系 统 具 有 体 积 小 、 成本 低和效率高等特点 ， 其应用日益受到人们的关注和 １］ 。 重视 ［ 国内外学者进行了大量有关非隔离型光伏发电 技术理论与实验方面的研究 。 其中漏电流抑制问题 ］ ２ ６ － 。目前常见的漏电流抑 是目前的研 究 热 点 之 一 ［ 制方 法 主 要 包 括 交 流 旁 路 法 和 直 流 旁 路 法 。 文 ］ 献［ 提出在单相全桥电路交流侧加入辅助开关构 ７ 成续流回路 ， 在实现 单 极 性 调 制 的 同 时 保 证 共 模 电 ］ 压恒定 ， 从而达到抑制漏电流的目的 。 文献 ［ 提出 ８ 在直流侧引入辅助开关 ， 不仅可以实现单极性调制 ， 还可以有效抑制漏电流 。 然而上述解决方案有效的 前提是滤波电感 值 匹 配 。 当 电 感 值 不 匹 配 时 ， 系统 漏电流抑制能力 下 降 。 实 际 应 用 中 ， 由于电感制作 工艺 、 外部环境变化和工作状态等因素影响 ， 导致电 ［ ９］ 很 难 做 到 电 感 值 完 全 匹 配。因 此 电 感 感值变化 ， 不 匹 配 时， 系统漏电流抑制问题有待进一步研 １ ０］ 。 究［ 为了 解 决 上 述 问 题 ， 本文提出一种六开关拓扑 及控制方法 ， 采用开关旁路电感策略 ， 保证光伏系统 ， 寄生电容两端电压 不 含 高 频 分 量 从 而 实 现 漏 电 流 的有效抑制 。
为了 有 效 抑 制 漏 电 流 ， 基本目标是减小寄生电 容两端电压变化率 ， 保证寄生电容 Ｃ ｖ两端电压不含 ｐ 高频分量 。 下面分析 ４ 种不同工作状态下寄生电容 电压值 。 根据表 １ 可 知 ， 电 网 电 压 正 半 周 期 内， 开关 Ｓ ５ 关断 、 Ｓ Ｓ ＵＣｐ ６ 导 通、 １ 和 Ｓ ４ 采 用 高 频 调 制。 表 中： ｖ 为系统 寄 生 电 容 Ｃ ＯＮ 代 表 开 关 导 通 ， ｖ两 端 电 压 ； ｐ Ｆ 代表开关关断 。 Ｏ Ｆ
图 ５ 电路调制方式 ｏ ｆ ｒ ｏ ｏ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｏ ｌ ｏ ５ Ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ Ｆ ｉ ． ｐ ｐ ｐ ｇ ｙ ｇ ｙ ｇ
相对于传统 Ｈ 本文提 出 ６ 拓扑 ， 值得注意的是 ， 的拓扑增加了两个 二 极 管 ， 其目的是为了避免电流 反向流动 。 实际应 用 中 为 了 避 免 器 件 过 多 ， 可采用 ） ， （ 逆阻绝缘栅双极型晶体管 Ｉ Ｂ Ｔ 此时可省去两 个 Ｇ １ １］ 。另一方 额外的 二 极 管 ， 还 可 以 减 小 导 通 损 耗［ 面， 由于正半周期或 负 半 周 期 只 有 一 个 电 感 进 行 滤 ， 波 相对于传统 Ｈ ６拓扑两个电感一起进行滤波的 情况 ， 本拓扑电感利用率较低 ， 实际应用中可采用耦 １ ２］ 。最 合电感 提 高 电 感 利 用 率 ， 以 提 高 功 率 密 度［ 后， 针对传统方案中 寄 生 电 容 电 压 受 电 感 值 不 匹 配 因素影响的问题 ， 本文提出的拓扑基于电感旁路思 想， 因此不受电感值不匹配因素的影响 ， 这是本文拓 扑区别于传统直流旁路拓扑和交流旁路拓扑最大的 特点 。
表 １ 传统电路的开关状态与寄生电容电压 ｂ ｌ ｅ １ Ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｅ ｄ ｒ ｏ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ Ｔ ａ ｇ ｇ ｐ ｙ ｃ ａ ａ ｃ ｉ ｔ ｏ ｒ ｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｐ
Ｆ Ｆ Ｆ Ｆ Ｆ Ｆ Ｏ ＯＮ ＯＮ Ｏ ＯＮ Ｏ Ｕ３ Ｆ Ｆ Ｆ Ｆ Ｆ Ｆ Ｆ Ｆ Ｆ Ｆ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ＯＮ Ｏ Ｕ４
当Ｓ 等于电感 Ｌ ＵＣｐ １ 和 Ｓ ４ 导 通 时， ２ 两端电 ｖ 压， 如下式所示 ：
Ｅ－Ｕｄ Ｕｄ Ｅ － ＵＣｐ ＝ Ｌ ２＝ ｖ Ｌ Ｌ Ｌ１ Ｌ １＋ ２ １ ＋１ ＋１ Ｌ Ｌ ２ ２
为了 便 于 理 解 漏 电 流 抑 制 的 基 本 原 理 ， 首先简 。 要回顾传统解决方案 图 １ 所示为传统交流旁路六
；修回日期 ： 。 收稿日期 ： ０ ４ ３ ０ ０ ８ ２ ７ ２ ０ １ ３ ２ ０ １ ３ － － － － ；高 等 学 校 博 士 学 国家自然科 学 基 金 资 助 项 目 （ ５ １ ３ ０ ７ １ ４ ９） ； 科点专项科研基金资助项目 （ 中国博士后 ２ ０ １ ３ １ ３ ３ ３ １ ２ ０ ０ １ ６） ） 。 科学基金资助项目 （ ２ ０ １ ４Ｍ ５ ５ １ ０ ５ ０
开关电路拓扑 ， 其 中： Ｃｐ ｖ为 光 伏 电 池 板 对 地 寄 生 电 容； Ｕｄ 为直流母线电压 ； Ｅ 为电网电压 。
图 １ 传统六开关电路拓扑 Ｆ ｉ ． ｓ ｗ １ Ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｘ ｉ ｔ ｃ ｈ ｔ ｏ ｏ ｌ ｏ － ｇ ｐ ｇ ｙ
） （ 电力电子节能与传动控制河北省重点实验室 ，燕山大学 ，河北省秦皇岛市 ０ ６ ６ ０ ０ ４
摘要 ：为了解决非隔离型光伏发电系 统 中 的 漏 电 流 问 题 ， 提 出 一 种 六 开 关 拓 扑 及 控 制 方 法。 采 用 开关旁路电感策略 ， 解决了传统六开关光伏并网逆变器共模电压受电感值匹配因素影响的问题 ， 保 证光伏系统寄生电容两端电压不含高频分量 。 通过理论分析 和 仿 真 研 究 的 方 法 ， 对提出的六开关 拓扑及控制进行了验证 。 研究结果表明 ， 所提出的拓扑及控制方法可以实现漏电流的有效抑制 。 关键词 ：光伏发电 ；并网逆变器 ；非隔离型 ；共模漏电流