2024年4月1日发(作者：焉书萱)
第
53
卷第
3
期
2019
年
3
月
电力电子技术
Power
Electronics
Vol.53,
No.3
March
2019
新型
H6
中点箝位单相非隔离型逆变拓扑
张俊玮
I,
孙慕文
2,
雷景生
3,
欧家祥
I
(1.
贵州电网有限责任公司电力科学研究院，
贵州贵阳
550002
；
2
.国网上海市电力公司市南供电公司
，
上海
201100
；
3
.上海电力学院
，
上海
200090)
摘要
：
近二十年来
，
光伏并网发电技术得到了迅速发展
。
无变压器型单相逆变器由于其效率更高
、
体积更小
、
漏
电流更低的特点备受关注
。
此处提出一种新型
H6
中点箝位单相非隔离型逆变拓扑
。
通过箝位开关工作
，
使共
模电压保持稳定
，
满足共模漏电流的限制。
实验结果表明
，
新型拓扑结构拥有优良的共模性能
。
关键词
：
逆变器
；
中点箝位
；
漏电流
中图分类号:
TM464
文献标识码
：
A
文章编号:
1000-100X(2019)03-0057-02
New
H6
Midpoint
Clamp
Single-phase
Non-isolated
Inverter
Topology
ZHANG
Jun-wei
1
,
SUN
Mu-wen
2
,
LEI
Jing-sheng
3
,
OU
Jia-xiang
1
(
1
.
Guizhou
Power
Grid
Co.
,
Ltd.
,
Electric
Power
Research
Institute
,
Guiyang
550002
,
China)
Abstract
:
In
the
past
twenty
years
,
the
technology
of
grid
connected
photovoltaic
has
been
developed
transformerless
inverters
have
been
chosen
because
of
its
higher
efficiency
,
smaller
size
and
lower
leakage
currents.A
novel
midpoint
clamp
H6
single-phase
transformerless
connected
photovoltaic
grid-connected
inverter
is
proposed.
And
the
common
mode
voltage
can
be
held
stably
by
clamping
switch
working
,
so
that
it
can
meet
the
limit
for
common
mode
leakage
experimental
results
show
that
the
novel
topology
has
well
common
mode
performance.
Keywords
:
inverter
；
midpoint
clamp
；
leakage
current
Foundation
Project
:
Supported
by
National
Natural
Science
Foundation
of
China
(
No
.
6167060022
)
1
引言
近些年来
，
光伏并网发电技术迅速发展
，
无变
压器型单相逆变器备受关注
，
特点包括效率更高
、
2
原理与设计
图
1
为非隔离型单相逆变器的漏电流流通路
径,其拓扑结构是近年来的研究热点
。
PV
为光伏阵
体积更小
、
漏电流更低
。
但简单的非隔离型逆变器
会使太阳能电池板和电网产生直接的电气连接
，
产生大量的漏电流叫
文献
［
2-4
］
中推导出单相非隔离型逆变全桥电
路的共模等效模型
，
并由此得出保持共模电压恒
列
，
C&
为直流电源的稳压输入电容
，
厶
，
厶
2
为滤波
器
，
％
为并网电压
，
Cpv
为光伏阵列对地漏电容
。
定是消除共模漏电流的充分非必要条件
。
此处提出一种新型
H6
中点箝位单相非隔离
型逆变拓扑
，
在单相基本的非隔离型单相逆变器的
基础上
，
增加一种由
8
个二极管和
2
个开关管组
成的新结构
，
该结构能在不影响拓扑差模特性的
图
1
漏电流路径
Fig.
1
Leakage
currents
path
当拓扑为基本的单相全桥逆变器时
，
漏电流
石亠将会流经
PV,
逆变桥
，
厶,厶
2
和
Cpv
。
图
2a
为光伏并网逆变器系统的等效共模模
型
。
S
n
为人点与
N
点间的电压
，
％
为
B
点与
N
点
情况下
，
使拓扑的共模电压保持恒定
，
减少漏电流
的产生
。
同时详细介绍中点箝位非隔离型逆变器
拓扑的构成方法及其工作原理
，
最后通过实验结
间的电压
。
而国内电网频率为
50
Hz,
远低于开关
果
，
验证该拓扑的可行性和理论分析的正确性
。
基金项目
：
国家自然科学基金
(6167060022)
定稿日期
：
2018-07-11
频率
，
由电网引起的共模电流很小
。
〃
cm=(
〃
M+
〃
B/V)/2,
U
鋅
U
a
N~U
bn
(1)
式中
：
为共模电压;％为差模电压
。
由式
(1),(2)
最终化简可得图
2b
所示的等效
模型
。
当
匚屯,
且
血保持恒定时
，
共模电流可以
作者简介
：
张俊玮
(
1987-
),
女
，
湖北荆门人
，
硕士
，
研究方
向为电能计量和配网节能
。
得到有效地抑制
。
57
第
53
卷第
3
期
电力电子技术
2019
年
3
月
厶
1_
厶
2
2
（
厶+厶
2
）
Power
Electronics
U&
Vol.53,
No.3
March
2019
3
实验
利用
dSPACE
实时系统和
Chroma
直流电源
N
“
BN
________
L
i
L
2
Ll+L2
搭建新型
H6
拓扑的逆变实验平台
，
对新型
H6
拓
(a)
等效模型
匸
b)
等效简化模型
扑的性能进行了实验验证
。
实验样机参数如下
：
额
定输入电压
t/pv=450
V,
厶
=/>2=0.68
mH,
交流系统
图
2
光伏并网逆变系统共模模型
Fig.
2
Photovoltaic
grid-connected
inverter
system
common
mode
频率为
50
Hz,
交流系统电压为
220
V,
开关频率
为
16
kHz,
死区时间为
10
ns
,
IRF540N
型号的开
关管寄生电容为
1.5
nF,Cpv=300
nF,lN4148
型号
由图
3
可知新型
H6
的主开关管为
V
’
,V2,
V3,V.
辅助开关为
V
5
,V
6O
图
4
为新型
H6
拓扑的
驱动时序示意图
，
其中
，
S
为调制波
，
吩广如
6
分别
为
V|~V6
的驱动信号
。
的
VD|,
VD2
的寄生电容为
0.1
nF
。
图
5
为新型
H6
拓扑的
U
AN
,U
BN
,i
le
^,u
s
给的实验波形
。
实验结果证明在相同条件下
，
新
型
H6
拓扑保持
g
恒定
,
漏电流幅值极小
，
具有
出色的共模特性
。
S
A
、
o
o
e
E
(
枣
2
切各
v
唏
5
沒
3
I
ms/
格
）
图
5
实验波形
.
5
Experimental
waveforms
由实验结果可知
，
新型
H6
拓扑通过改进型低
频中点箝位单元
，将续流回路的电位箝位在分裂
电容的中点电位处，
保持共模电压恒定
，
具有优良
的共模特性。
图
4
新型
H6
拓扑的门极信号
Fig.
4
Schematic
of
gate
drive
signals
in
new
H6
4
结论
通过对一般非隔离型光伏并网逆变器漏电流
模型进行分析
，
提出了新型
H6
中点箝位单相非
新型
H6
的非隔离型光伏并网逆变器具有
4
种
工作模态
：
①模态
1,
即
V-V4
导通
，
其余开关管
处于关断状态
。
电流流经
V|,
厶上
2
凡
。
此时
，
必=
隔离性逆变拓扑
，
详细分析其工作原理
，
并通过实
心
0.5
片
；
②模态
2,
即
V6
导
通
，
其余开关管处于关断状态
。
电流流经厶
，
厶
2,
vd
6
,
v
6
,
vd
8
,
vd
1;
vd
4
起到中点电压箝位的作用,
验证明了该
H6
拓扑具有优良的共模特性
。
参考文献
[1]
严干贵
，
常青云
，
黄亚峰
，
等.弱电网接入下多光伏逆
变器并联运行特性分析
[J].
电网技术
,2014,38(4)
：
933-940.
即续流回路的电压被箝位在
0
.5t/pyo
〃
M=0.5t/pv,
U
bn
=0.5U
w
,U
ab
=0
月孑
0.5
叶
；
③模态
3,
即
V
2
,V
3
导通
，
其余开关管处于关断状态
。
电流流经
V3,
厶
2,
[2]
孙慕文
，
赵晋斌
，
屈克庆.基于低频中点钳位单元的非
厶
1,
V20
此时
，
U
an
=0
,
〃
《
v=
〃
pv,
U
AB
=
—
Un
,
〃
cm=0.5
〃
pv
；
隔离型并网逆变拓扑
[J].
电网技术
,2016,40(12)
：
3938-3944.
[3]
④模态
4,
即
Vs
导通
，
其余开关管关断
。
电流流经
厶
2,SVD7,V5,VD5,
同样
VD2,VD3
起到中点电压
箝位的作用
，
续流回路的电压被箝位在
0.5^0
张兴
，
孙龙林
，
许颇
，
等.单相非隔离型光伏并网
系统中共模电流抑制的研究
[J].
太阳能学报
，2009,
30(9):1202-120
&
匕沪〃刖
=0.5
〃
pv,
血
=0,
给=
0.5
〃评
。
由上述分析可
知新拓扑在
4
种模态下
,
入=
0.5
仏保持不变
，
满
[4]
张
犁
，
孙
凯
，
冯兰兰
，
等.一种低漏电流六开关非
隔离全桥光伏并网逆变器
[J].
中国电机工程学报,
2012,32(15):1-7.
足消除共模电流的条件。
58
2024年4月1日发(作者：焉书萱)
第
53
卷第
3
期
2019
年
3
月
电力电子技术
Power
Electronics
Vol.53,
No.3
March
2019
新型
H6
中点箝位单相非隔离型逆变拓扑
张俊玮
I,
孙慕文
2,
雷景生
3,
欧家祥
I
(1.
贵州电网有限责任公司电力科学研究院，
贵州贵阳
550002
；
2
.国网上海市电力公司市南供电公司
，
上海
201100
；
3
.上海电力学院
，
上海
200090)
摘要
：
近二十年来
，
光伏并网发电技术得到了迅速发展
。
无变压器型单相逆变器由于其效率更高
、
体积更小
、
漏
电流更低的特点备受关注
。
此处提出一种新型
H6
中点箝位单相非隔离型逆变拓扑
。
通过箝位开关工作
，
使共
模电压保持稳定
，
满足共模漏电流的限制。
实验结果表明
，
新型拓扑结构拥有优良的共模性能
。
关键词
：
逆变器
；
中点箝位
；
漏电流
中图分类号:
TM464
文献标识码
：
A
文章编号:
1000-100X(2019)03-0057-02
New
H6
Midpoint
Clamp
Single-phase
Non-isolated
Inverter
Topology
ZHANG
Jun-wei
1
,
SUN
Mu-wen
2
,
LEI
Jing-sheng
3
,
OU
Jia-xiang
1
(
1
.
Guizhou
Power
Grid
Co.
,
Ltd.
,
Electric
Power
Research
Institute
,
Guiyang
550002
,
China)
Abstract
:
In
the
past
twenty
years
,
the
technology
of
grid
connected
photovoltaic
has
been
developed
transformerless
inverters
have
been
chosen
because
of
its
higher
efficiency
,
smaller
size
and
lower
leakage
currents.A
novel
midpoint
clamp
H6
single-phase
transformerless
connected
photovoltaic
grid-connected
inverter
is
proposed.
And
the
common
mode
voltage
can
be
held
stably
by
clamping
switch
working
,
so
that
it
can
meet
the
limit
for
common
mode
leakage
experimental
results
show
that
the
novel
topology
has
well
common
mode
performance.
Keywords
:
inverter
；
midpoint
clamp
；
leakage
current
Foundation
Project
:
Supported
by
National
Natural
Science
Foundation
of
China
(
No
.
6167060022
)
1
引言
近些年来
，
光伏并网发电技术迅速发展
，
无变
压器型单相逆变器备受关注
，
特点包括效率更高
、
2
原理与设计
图
1
为非隔离型单相逆变器的漏电流流通路
径,其拓扑结构是近年来的研究热点
。
PV
为光伏阵
体积更小
、
漏电流更低
。
但简单的非隔离型逆变器
会使太阳能电池板和电网产生直接的电气连接
，
产生大量的漏电流叫
文献
［
2-4
］
中推导出单相非隔离型逆变全桥电
路的共模等效模型
，
并由此得出保持共模电压恒
列
，
C&
为直流电源的稳压输入电容
，
厶
，
厶
2
为滤波
器
，
％
为并网电压
，
Cpv
为光伏阵列对地漏电容
。
定是消除共模漏电流的充分非必要条件
。
此处提出一种新型
H6
中点箝位单相非隔离
型逆变拓扑
，
在单相基本的非隔离型单相逆变器的
基础上
，
增加一种由
8
个二极管和
2
个开关管组
成的新结构
，
该结构能在不影响拓扑差模特性的
图
1
漏电流路径
Fig.
1
Leakage
currents
path
当拓扑为基本的单相全桥逆变器时
，
漏电流
石亠将会流经
PV,
逆变桥
，
厶,厶
2
和
Cpv
。
图
2a
为光伏并网逆变器系统的等效共模模
型
。
S
n
为人点与
N
点间的电压
，
％
为
B
点与
N
点
情况下
，
使拓扑的共模电压保持恒定
，
减少漏电流
的产生
。
同时详细介绍中点箝位非隔离型逆变器
拓扑的构成方法及其工作原理
，
最后通过实验结
间的电压
。
而国内电网频率为
50
Hz,
远低于开关
果
，
验证该拓扑的可行性和理论分析的正确性
。
基金项目
：
国家自然科学基金
(6167060022)
定稿日期
：
2018-07-11
频率
，
由电网引起的共模电流很小
。
〃
cm=(
〃
M+
〃
B/V)/2,
U
鋅
U
a
N~U
bn
(1)
式中
：
为共模电压;％为差模电压
。
由式
(1),(2)
最终化简可得图
2b
所示的等效
模型
。
当
匚屯,
且
血保持恒定时
，
共模电流可以
作者简介
：
张俊玮
(
1987-
),
女
，
湖北荆门人
，
硕士
，
研究方
向为电能计量和配网节能
。
得到有效地抑制
。
57
第
53
卷第
3
期
电力电子技术
2019
年
3
月
厶
1_
厶
2
2
（
厶+厶
2
）
Power
Electronics
U&
Vol.53,
No.3
March
2019
3
实验
利用
dSPACE
实时系统和
Chroma
直流电源
N
“
BN
________
L
i
L
2
Ll+L2
搭建新型
H6
拓扑的逆变实验平台
，
对新型
H6
拓
(a)
等效模型
匸
b)
等效简化模型
扑的性能进行了实验验证
。
实验样机参数如下
：
额
定输入电压
t/pv=450
V,
厶
=/>2=0.68
mH,
交流系统
图
2
光伏并网逆变系统共模模型
Fig.
2
Photovoltaic
grid-connected
inverter
system
common
mode
频率为
50
Hz,
交流系统电压为
220
V,
开关频率
为
16
kHz,
死区时间为
10
ns
,
IRF540N
型号的开
关管寄生电容为
1.5
nF,Cpv=300
nF,lN4148
型号
由图
3
可知新型
H6
的主开关管为
V
’
,V2,
V3,V.
辅助开关为
V
5
,V
6O
图
4
为新型
H6
拓扑的
驱动时序示意图
，
其中
，
S
为调制波
，
吩广如
6
分别
为
V|~V6
的驱动信号
。
的
VD|,
VD2
的寄生电容为
0.1
nF
。
图
5
为新型
H6
拓扑的
U
AN
,U
BN
,i
le
^,u
s
给的实验波形
。
实验结果证明在相同条件下
，
新
型
H6
拓扑保持
g
恒定
,
漏电流幅值极小
，
具有
出色的共模特性
。
S
A
、
o
o
e
E
(
枣
2
切各
v
唏
5
沒
3
I
ms/
格
）
图
5
实验波形
.
5
Experimental
waveforms
由实验结果可知
，
新型
H6
拓扑通过改进型低
频中点箝位单元
，将续流回路的电位箝位在分裂
电容的中点电位处，
保持共模电压恒定
，
具有优良
的共模特性。
图
4
新型
H6
拓扑的门极信号
Fig.
4
Schematic
of
gate
drive
signals
in
new
H6
4
结论
通过对一般非隔离型光伏并网逆变器漏电流
模型进行分析
，
提出了新型
H6
中点箝位单相非
新型
H6
的非隔离型光伏并网逆变器具有
4
种
工作模态
：
①模态
1,
即
V-V4
导通
，
其余开关管
处于关断状态
。
电流流经
V|,
厶上
2
凡
。
此时
，
必=
隔离性逆变拓扑
，
详细分析其工作原理
，
并通过实
心
0.5
片
；
②模态
2,
即
V6
导
通
，
其余开关管处于关断状态
。
电流流经厶
，
厶
2,
vd
6
,
v
6
,
vd
8
,
vd
1;
vd
4
起到中点电压箝位的作用,
验证明了该
H6
拓扑具有优良的共模特性
。
参考文献
[1]
严干贵
，
常青云
，
黄亚峰
，
等.弱电网接入下多光伏逆
变器并联运行特性分析
[J].
电网技术
,2014,38(4)
：
933-940.
即续流回路的电压被箝位在
0
.5t/pyo
〃
M=0.5t/pv,
U
bn
=0.5U
w
,U
ab
=0
月孑
0.5
叶
；
③模态
3,
即
V
2
,V
3
导通
，
其余开关管处于关断状态
。
电流流经
V3,
厶
2,
[2]
孙慕文
，
赵晋斌
，
屈克庆.基于低频中点钳位单元的非
厶
1,
V20
此时
，
U
an
=0
,
〃
《
v=
〃
pv,
U
AB
=
—
Un
,
〃
cm=0.5
〃
pv
；
隔离型并网逆变拓扑
[J].
电网技术
,2016,40(12)
：
3938-3944.
[3]
④模态
4,
即
Vs
导通
，
其余开关管关断
。
电流流经
厶
2,SVD7,V5,VD5,
同样
VD2,VD3
起到中点电压
箝位的作用
，
续流回路的电压被箝位在
0.5^0
张兴
，
孙龙林
，
许颇
，
等.单相非隔离型光伏并网
系统中共模电流抑制的研究
[J].
太阳能学报
，2009,
30(9):1202-120
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血
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给=
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〃评
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由上述分析可
知新拓扑在
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种模态下
,
入=
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仏保持不变
，
满
[4]
张
犁
，
孙
凯
，
冯兰兰
，
等.一种低漏电流六开关非
隔离全桥光伏并网逆变器
[J].
中国电机工程学报,
2012,32(15):1-7.
足消除共模电流的条件。
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