單相光伏并網系統(tǒng)的拓撲結構簡介

在單相小功率光伏并網系統(tǒng)中，有隔離型和非隔離型兩種拓撲結構。隔離型有成本高、體積大等諸多缺點，因此非隔離型成為目前主流的拓撲結構，本文主要介紹非隔離型的全橋以及HERIC兩種較為常用的拓撲結構。

在非隔離型光伏系統(tǒng)中，電網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地雜散電容，當并網逆變器功率器件動作時存在共模電壓，進而可能會有共模電流流過寄生電容。共模電流不僅會引起損耗的增加同時也會導致安全問題，國家標準對并網系統(tǒng)的共模電流有嚴格的限制。因此下面的討論從共模電壓開始。

共模電壓的產生以及定義

圖1為典型的全橋無變壓器拓撲結構圖，圖中Cp為光伏陣列對地寄生電容，根據共?；芈冯妷悍匠炭梢杂嬎愠龉材ｋ妷海?/p>

Ug是工頻50Hz電網電壓，而UA0、UB0是高頻信號，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.全橋結構以及共模電壓分析

全橋拓撲結構

全橋結構通常采用單極性和雙極性兩種調制方式，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互補導通；而在電流的負半周期，S3一直開通，S1,S2互補導通。下面以正半周期為例分析其共模電壓。

當S1,S4開通時，如a所示，電流從PV-S1-L1-L2-S4-PV，共模電壓為Ucm=Udc/2；當S1關斷，S2,S4開通時，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性調制中，共模電壓在0和Udc/2之間變化，在系統(tǒng)運行過程中會產生共模電流。

圖2.單極性調制共模電壓分析

對于雙極性調制而言，4個功率開關都是高頻開關，橋臂對角S1/S4以及S2/S3分別互補導通。當S1,S4導通時，共模電壓計算和單極性調制一樣，Ucm=Udc/2。當S1/S4關斷S2/S3開通，處于續(xù)流狀態(tài)時電流的路徑為L1-L2-D3-D2-L1，此時共模電壓為Ucm=Udc/2。因此可以看出在雙極性調制中，共模電壓保持恒定，共模電流得到了有效抑制。

但是雙極性調制中，4個功率開關都采用高頻調制，其損耗比單極性調制大，另外一方面雙極性調制中輸出交流端電壓在Udc和-Udc之間變化，而單極性調制中輸出端電壓在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制就需要更大的濾波器。

HERIC拓撲結構

由于上述全橋結構都有一些應用上的缺陷，科學家提出著名的HERIC電路，從電路結構上增加了4個功率器件T5/D5,T6/D6。由于電流在正半軸和負半軸工作對稱，這里只分析正半軸工況。在電流為正時，T6保持開通，當T1/T4同步開通時，電流流過T1-L1-L2-T4-T1，在T1,T4關斷后，續(xù)流回路通過T6,D5，而不通過直流母線。在整個運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系統(tǒng)的主要拓撲結構。

 （作者：楊勇，來源：英飛凌工業(yè)半導體）