一种用于非隔离光伏并网逆变器漏电流检测的电路设计与实现

作者:童树卫;余志勇;钱彬 刊名:电子科学技术 上传者:苏庆新

【摘要】非隔离光伏并网逆变器的漏电流是逆变器系统中必须解决的技术难题。为了解决漏电流根源,建立单相逆变系统共模回路等效模型,分析漏电流产生的原因,并列举了几种常见的漏电流抑制方法。由于其抑制电流的局限性,无法完全消除漏电流隐患,本文在此基础上提出了一种非隔离光伏并网逆变器的漏电流检测电路设计及控制算法,通过对漏电流进行监测,实现对漏电流的预警控制。利用PSIM仿真软件对漏电流检测电路进行仿真,仿真结果验证了本文设计的漏电流检测电路的正确性。

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引言增长的最根本的驱动力。目前,煤炭、石油、天然气等化石能源支撑着人类社会的发展,但随着这些能源能源是人类赖以生存的基础,是社会发展和经济的大规模开采,能源供需矛盾也越来越突出,煤炭、 石油、天然气等这些有限的化石能源随着开采日益枯由图1可以看出,漏电流是由同时存在于电网侧竭,而且造成的污染使得环境不断恶化。太阳能作为零线与火线上的共模干扰引起的,由寄生电容Cp与滤一种清洁的可再生能源有着广阔的应用前景,并网式波电感、Zl、Z2以及电网组成的谐振回路。回路中,光伏发电系统将会成为一种趋势。并网逆变器作为光当各节点电位波动产生的位移电流之和不为0时,就伏并网发电系统中能量转换关键性装置,其安全性严会产生漏电流/。重威胁着整个系统的安全。v>u非隔离并网逆变器有着体积小、重量轻、成本"一‘低尤其是转换效率高的优势,迅速得到各国科研人员““g和工业界的追捧。然而在无变压器的非隔离光伏并网逆变器中,交流电网和直流的光伏阵列之间存在直接==cp==cp的电气接触,由于光伏阵列和地之间不可避免地存在h/-fj寄生电容,寄生电容上变化的电压将激励相应的共模“电流,就是光伏逆并网系统中俗称的漏电流,导致安(a)Va单独侧__(b)Vb单独作用电路全隐患[11。另外由于漏电流的频率和大小根碰制方?2式、器件特性及环境因素等不同而有很大的变化。虽如图1所示,设定逆变器输出侧中点a、b对直流然使用可抑制漏电流的逆变拓扑电路结构,但都有其输入源负极的电压差为I、Vh,如图2(a)、(b)所局限性,也无法完全消除其隐患。若不能准确检测出示,为非隔离并网逆变器谐振电路等效电路。电网频漏电流,可能会导致逆变器操作人员发生触电事故。率低,电网中共模电流可以不作考虑。由戴维南定理因此必须对其漏电流值的大小进行准确的检测和判可得,ICM=Icm+ICM2’且知Ll=L2=Lp/2,由图2可以计断,确保系统安全[2。本文主要从单相非隔离逆变器算出[M]:工作状态分析漏电流产生的原因,提出一种新的漏电fVajmL、流检测方法,通过仿真,最终得出本文设计的漏电流cm风、+jaL、钱jcoCyjaL]+丨jaC?(l)检测电路能够实时检测光伏阵列的漏电流。X+1'(M-p)同理可得:1漏电流分析模型,>/cmi=~ir~(2)colj本文以全桥单相并网逆变器电路为研究对象,如coCp2p图1所示,为单相逆变系统共模回路等效模型,分析式中,/CM为各个共模电流之和,/CM,为^单独作其漏电流的产生机理和流通回路[51。用时的共模电流,/??为6单独作用时的共模电流,由图1所示,光伏阵列的等效直流电压为Upv,电Cp为逆变器输出点对地的等效寄生电容,co=2nf,f容Cp为光伏阵列与大地的寄生电容。并网滤波电感为为开关频率,LI、L2为输出滤波电感。设共模电压为L1和L2;Zl、Z2分别是滤波电感L1和L2所在电路的VCM,贝U如图3所示【91,为最简共模电路等效电路。图传输线阻抗;Ze为地的阻抗。中,为光伏阵列对地的总寄生电容,Z为其他非理想因素导致的共模阻抗。,1I|乂zuVcm士士a;jU=::]upv=^=cdcva^电网光伏阵列bT:/,Z^=:Cpcp了U7h图3非隔离逆变系统最简等效_图1单相逆变系统共模回路等效电路161 由共模电压的定义可得:厂《=(6+0/2。由式电路工作原理:采用电流互感器采样电路,电流(1)、(2)可得共模电流的值为互感器初级2个绕组分别为电网的火线L和零线N,它j_jVCM们的同名端相反流向相同,这样流过火线的电流和零CM=1(3)线的电流形成的电动势

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