新型单相双Buck光伏逆变器的设计方案解析

　引言
　　太阳能作为一种无污染的能源，有关其利用的研究一直是人们研究的热点。为了提高太阳能的电能转化效率，光伏并网逆变器的研究是光伏利用的重点。对于光伏并网逆变器，其拓扑结构按照变压器可以分为：
　　高频变压器型，工频变压器型和无变压器型。高频变压器体积小，重量轻，效率高，但是控制较为复杂；工频变压器体积大，重量重，结构简单；为了能够提高光伏并网系统的效率和降低成本，在没有特殊要求的时候可以采用无变压器型的拓扑结构。但是，由于没有变压器，输入输出没有电气隔离，光伏模块的串并联构成的光伏阵列对地的寄生电容变大，而且该电容受外界环境影响较大，由此产生的共模电流将会很大，对于漏电流的研究，现已有多种解决方案：当全桥逆变器采用单极性调制方式时，存在一开关频率脉动的共模电压，而采用双极性调制方式时，共模电压不变，其幅度等于母线电压的一半；在半桥逆变器中，对地寄生电容电压亦被输入分压大电容钳位在母线电压的一半，基本保持不变。这些都是基于桥式电路解决漏电流的方法，近年来出现了一种双Buck逆变器结构，这种逆变器具有无桥臂直通，体二极管不工作，双极性工作等突出特点，因而应用广泛。本文提出一种新型的三电平双Buck逆变器的方案，并置定相应的控制策略实现最大功率点的跟踪和并网控制。
　　三电平双Buck逆变器的总体方案
　　如图1所示，为双Buck逆变器的电路拓扑结构图，双Buck逆变器采用的是半周期工作模式，当输出电流在正半周时，功率管S1、续流二极管D1、滤波电感L1和滤波电容Cf共同构成了Buck1电路。当输出电流为负半周时，功率管S2、续流二极管D2、滤波电感L2和滤波电容Cf共同组成Buck2电路，两条Buck电路不同时工作。相比于传统的桥式逆变电路，电路无桥臂直通的可能，体二极管也不用参与工作过程。但是，这种情况下，功率管S1和S2在工作的半个周期内所承受的电压时直流母线电压Ud的两倍。由于其桥臂本身输出的电压波形依然是双极性的，所以其谐波含量依旧很大。
　　
　　通过在双Buck逆变器拓扑结构上进行优化，用两个功率管和快恢复型二极管的组合开关电路（即S1&S3&D3和S4&S2&D4）替代原先的桥臂上的功率管。得到如图2所示的新型三电平双Buck逆变拓扑结构。
　　
　　这种新型的三电平双Buck逆变器依据是半周期工作模式：当输出电感电流iL为正半周时，Buck1电路工作，当电感电流为负半周时，Buck2电路工作。其具体的工作模态如表1所示。经过优化的三电平双Buck逆变器由于将其对地的寄生电容电压牵制在输入电压的一半，所以其漏电流为零。