非隔离型分布式光伏发电系统对地共模漏电流抑制机理研究

Non-isolated PV grid-connected configuration is becoming a worldwide tendency for the purpose of total conversion efficiency optimization in the non-isolated distributed PV grid-connected generation systems. In order to suppress even eliminate the common mode current caused by the PV panels in the transformerless inverter applications, some significant research contents are planned to investigate as follow. ① The proposed virtual DC bus concept will be employed to derive a family of advanced multi-level inverters for the half-bridge based configuration, which can minimize the required DC bus voltage and reduce the filter size. ② The introduced DC and AC decoupled networks will be explored to generate a series of state-of-the-art topologies without common-mode current for the full-bridge based configuration. Furthermore, the inherent relationship and topology derivation law of the decoupled network based inverters will be revealed. ③ The common-mode current elimination scheme in the non-ideal operation will be also investigated, which benefits to generate a complete and cost-effective solution for future distributed PV grid-connected systems. One of the major contributions of this project is to promote the key technology in the renewable energy power electronics. Moreover, some core intellectual properties can be issued to enhance the international competitiveness of our country in this area.

为优化太阳能发电装置的整体效率，非隔离型方案成为分布式光伏系统的发展趋势。针对非隔离型并网架构中独特的对地共模漏电流问题，本项目重点研究如下内容：①在共地连接型并网结构方面，探索基于虚拟母线电压法的新型多电平光伏逆变器构造机理，克服现有共地连接型逆变结构所需母线电压高或输出滤波器大的缺点。②在全桥型并网结构方面，基于提出的直流侧解耦网络和交流侧解耦网络概念，发现无共模漏电流的并网逆变器的拓扑形成规律，并总结直流侧和交流侧解耦的逆变器拓扑间的内在关联和相互转换关系。③揭示非理想条件下的共模漏电流的产生机理和消除机制，从方法论上实现无变压器型并网逆变器的有机统一。本项目的开展，将进一步加速新能源的推广和应用，并构建较完整的单相光伏并网系统对地共模漏电流抑制机理体系框架。同时，相关研究成果将形成具有自主知识产权的发明专利，有利于提升国家在该领域的国际竞争力。

本项目的研究目标是阐明非隔离型分布式光伏发电系统对地共模漏电流的产生机理，提出对地共模漏电流优化抑制方法，提高非隔离型分布式光伏发电系统的可靠性和安全性，促进非隔离型分布式光伏发电架构实际工程中的应用。本项目着重研究如下内容：①非隔离型分布式光伏逆变器的漏电流产生机理与消除机制。② 二极管无源钳位的无变压器型光伏并网逆变器拓扑，以实现对地漏电流的有效抑制。③具有漏电流抑制能力的新型多电平变换器形成方法，以衍生出新型共地连接型漏电流抑制拓扑。④具有重构能力的无变压器型高电压宽范围光伏逆变结构研究，以实现具有较低系统损耗的高电压宽范围变流功能。. 本项目提出的基于二极管无源钳位的单相无变压器型光伏并网逆变拓扑，通过引入无源二极管钳位电路，将零电压阶段的桥臂中点电压箝位至直流母线电压的一半，不仅有效消除了共模漏电流，而且抑制了高频共模电压振荡。本项目提出的具有漏电流抑制能力的新型多电平变换器构建新方法，可导出系列具有共模电流抑制能力的多电平新拓扑。此外，本项目提出的具有重构能力的无变压器型高电压宽范围光伏逆变结构，可在在不同输入电压情况下，重构直流母线，实现了具有较低系统损耗的高电压宽范围变流功能。上述研究结果为促进非隔离型分布式光伏发电架构实际工程中的应用提供了理论参考。. 在本国家自然科学基金项目支持下，项目组成员经过四年的努力，已按计划完成了全部研究内容，达到了项目申请时拟定的预期目标。本基金项目已资助发表SCI/EI检索期刊/会议等论文10篇，授权国家发明专利2项，取得了良好的学术成果。