一款可抑制漏电流的两级单相非隔离型逆变器设计

当V2，V5关断时，V1’，VD2续流。此时利用关断的V2，V4的结电容实现均压，A点对直流地电压为0.5Udc。同样，利用关断的V3，V5的结电容实现均压，B点对直流地电压也为0.5Udc。此阶段，uCM=0.5(0.5Udc+0.5Udc)=0.5Udc。

电网电压负半周期的共模电压分析与正半周期类似，其值也是0.5Udc。漏电流可表示为：ICm=Cpvducm/dt。可知，ucm在整个周期都保持不变，则其漏电流为零，因此，该拓扑能够抑制漏电流的产生。

并网控制方法

为实现逆变并网，采用如图4所示的控制策略，在此重点研究PR控制算法。PI控制器在电网基波频率处的增益为有限值，系统存在稳态跟踪误差。PR控制器的传递函数DPR(s)=kp+2krs/(s2+ω02)。PR控制器在基波频率处的增益为：

可见，PR控制器在基波频率处的增益趋近于无穷大，可实现对某一固定频率正弦指令信号的无静差跟踪控制。而逆变器并网运行时，要求控制逆变器的输出电流与电网电压频率和相位一致，以实现单位功率因数并网发电。因此，在并网逆变系统中，PR控制器比PI控制器，具有更好的跟踪效果，更适用于对逆变器并网电流的控制。

实际系统中，由于理想PR控制器难以实现，可采用一种易于实现的准PR控制器，其传递函数为：

其中，ω0=314 rad/s，只需适当地选择3个控制参数kp，kr和ωc。

图4

实验结果

根据上述分析，设计了一台2 kW的单相光伏并网逆变器实验样机。实验参数为：输入电压UPV为200～380 V；升压后的Udc=400 V；输出电压ug=220 V；输出频率fac=50 Hz;Boost电感L1=1.2 mH；光伏阵列输入电容C1=190μF;直流母线电容C2=1 500μF；输出滤波电感L2=L3= 1 mH；输出滤波电容C3=4.7μF。此外，核心控制板采用浮点型DSP：TMS320F28335。

通过WT3000功率分析仪测量得到的单相光伏并网逆变器的输入电压Upv输入电流Ipv、并网电压uac、并网电流iac的波形如图5a所示。其中，该样机在功率近似2 kW时效率可达96.822%，且近似单位功率因数运行，具有较好的性能。

图5

图5b示出iac的总谐波柱状图。电流总谐波含量在功率为2 kW时，其值为1.206%，远优于国际专用标准IEEE Std.2000—929和UL1741对谐波的要求，从而验证了PR算法的优越性。

结论

研究了一种新型两级式单相非隔离型光伏并网逆变器，该逆变器由前级Boost升压电路和后级H6桥式拓扑结构组成，有效抑制了漏电流的产生。通过采用跟踪性能更好的PR控制算法，提高了并网电流的品质。最后通过实验结果证明了该电路拓扑在消除漏电流的同时，具有优良的入网波形质量和高转换效率。