燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員郭忠南、郭小強(qiáng)、李建等，在2017年第18期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文指出，傳統(tǒng)無變壓器非隔離光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)中，通常采用增加交流旁路開關(guān)或直流旁路開關(guān)的方式解決系統(tǒng)漏電流問題。然而系統(tǒng)中加入旁路開關(guān)增加了系統(tǒng)成本，同時需要增加旁路開關(guān)的驅(qū)動電路，系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)和控制方式復(fù)雜。

為了解決該問題，提出一種基于旁路電容的漏電流抑制方案。首先以典型L濾波的光伏逆變器為研究對象，在分析其共模模型的基礎(chǔ)上，提出旁路電容法實現(xiàn)漏電流抑制，并對不同旁路電容對系統(tǒng)共模特性的影響進(jìn)行分析。

該方案通過引入旁路電容改變系統(tǒng)共模回路，有效地濾除共模電壓高頻分量，消除系統(tǒng)寄生電容電壓高頻分量，從而實現(xiàn)漏電流的有效抑制。最后對提出的方案進(jìn)行仿真和實驗研究，驗證了提出方案的可行性和有效性。

隨著世界能源危機(jī)以及環(huán)境污染狀況的不斷加劇，光伏發(fā)電等清潔可再生能源得到各國政府、學(xué)術(shù)界以及工業(yè)界的廣泛關(guān)注。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器起著較為關(guān)鍵的作用，其主要負(fù)責(zé)將光伏板發(fā)出的直流電變換成為工頻交流電，進(jìn)而根據(jù)負(fù)載或電網(wǎng)需要完成電能變換。

目前光伏逆變器分為兩大類。其中一類是隔離型光伏逆變器，該類逆變器中帶有工頻或高頻變壓器，其主要作用是電壓調(diào)節(jié)和電氣隔離。然而，工頻或高頻變壓器主要由互感的一個或多個線圈構(gòu)成，體積大、成本高，且變壓器能量傳輸過程中存在功率損耗，造成逆變器整體轉(zhuǎn)換效率的降低。因此國內(nèi)外學(xué)者及研發(fā)人員提出另一類無變壓器型光伏逆變器方案，以達(dá)到減小系統(tǒng)體積、降低成本、提高整機(jī)能量轉(zhuǎn)換效率的目的[4]。

但在無變壓器型光伏發(fā)電系統(tǒng)中，電網(wǎng)、逆變器、光伏板及其對地寄生電容之間會形成共模回路，回路中系統(tǒng)共模電壓作用于寄生電容，引起漏電流問題，產(chǎn)生電磁干擾、影響輸出電流質(zhì)量，并威脅設(shè)備與人員安全。因此，無變壓器光伏發(fā)電系統(tǒng)中漏電流抑制技術(shù)成為亟待發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。

針對上述問題，德國VDE 0126 1 1標(biāo)準(zhǔn)要求光伏發(fā)電系統(tǒng)中漏電流有效值低于30mA、最大值低于300mA。為了解決無變壓器單相光伏逆變器系統(tǒng)中的漏電流問題，國內(nèi)外學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)相繼提出H5逆變器、H6逆變器、Heric逆變器、HB-ZVR逆變器等新型單相拓?fù)鋄5,6]，此類改進(jìn)型逆變器結(jié)合相應(yīng)的調(diào)制策略可以保證共模電壓恒定，從而消除共模回路激勵源，有效抑制漏電流。

值得注意的是，上述方案通常采用增加交流旁路開關(guān)或直流旁路開關(guān)的方式解決系統(tǒng)漏電流問題。然而系統(tǒng)中加入旁路開關(guān)增加了系統(tǒng)成本，同時需要增加旁路開關(guān)的驅(qū)動電路，系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)和控制方式復(fù)雜。

針對三相系統(tǒng)中的漏電流抑制問題，一種思路是通過改進(jìn)空間矢量調(diào)制策略或改進(jìn)載波調(diào)制策略的形式實現(xiàn)漏電流抑制。通過合成等效零電壓矢量，避免使用傳統(tǒng)零電壓矢量，從而減小共模電壓幅值波動范圍[7]。該方案主要適用于三相兩電平逆變器，能夠一定程度上減小系統(tǒng)漏電流，但由于系統(tǒng)共模電壓依然存在高頻變化，漏電流未能得到有效抑制。

文獻(xiàn)[8,9]針對中點(diǎn)鉗位（Neutral PointClamped, NPC）三相三電平逆變器分別采用改進(jìn)空間矢量調(diào)制策略和改進(jìn)載波調(diào)制策略的形式，將逆變器限定在共模電壓恒定的六個中矢量和一個零矢量狀態(tài)，有效實現(xiàn)漏電流抑制。然而該方案會增加開關(guān)管開通關(guān)斷次數(shù)，造成額外的開關(guān)損耗，且只適用于三電平逆變器。

第二類方案通常采用增加交流旁路開關(guān)或直流旁路開關(guān)的方式解決系統(tǒng)漏電流問題。比如三相直流旁路拓?fù)浜腿嘟涣髋月吠負(fù)鋄10,11]。值得注意的是，系統(tǒng)中加入旁路開關(guān)增加了系統(tǒng)成本，同時需要增加旁路開關(guān)的驅(qū)動電路，系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)和控制方式復(fù)雜。

除上述方案外，文獻(xiàn)[12]提出利用無源濾波器進(jìn)行漏電流抑制，將輸出濾波電容中點(diǎn)連接到直流側(cè)電容中點(diǎn)構(gòu)成共模回路，有效地解決了漏電流問題。文獻(xiàn)[12]方案中直流側(cè)需要兩個獨(dú)立的電容，高頻漏電流將經(jīng)過兩個電容，不僅存在直流側(cè)電容中點(diǎn)電位振蕩和均壓問題[13]，還對電容的壽命和可靠性帶來負(fù)面影響[14]。

為解決上述問題，本文提出一種基于旁路電容的漏電流抑制方案，該方案無需改變系統(tǒng)原有的調(diào)制策略和控制結(jié)構(gòu)，不需要加入旁路開關(guān)和相應(yīng)的驅(qū)動電路，直流側(cè)不需要兩個獨(dú)立的電容，不存在電容中點(diǎn)電位振蕩和均壓問題，也不會對電容壽命和可靠性有影響，易于實現(xiàn)。最后對提出的方案進(jìn)行了實驗驗證。


結(jié)論

本文提出基于旁路電容的光伏并網(wǎng)逆變器漏電流抑制方案，完成了理論分析和實驗研究，得出以下結(jié)論：系統(tǒng)共模漏電流主要取決于共模電壓及共模回路阻抗，利用旁路電容可以改變系統(tǒng)回路阻抗，電容值越大，系統(tǒng)共模漏電流越小。

和傳統(tǒng)增加旁路開關(guān)的解決方案相比，本文提出的方案無需改變系統(tǒng)原有的調(diào)制策略和控制結(jié)構(gòu)，也不需要加入旁路開關(guān)和相應(yīng)的驅(qū)動電路，原理簡單、易于實現(xiàn)，具有一定工程應(yīng)用價值。本文提出的方案應(yīng)用于LCL型濾波逆變器時存在共模諧振問題，有待進(jìn)一步深入研究。