学术简报｜有效减小光伏逆变器系统漏电流的新型调制方案
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燕山大学电气工程学院的研究人员王宝诚、郭小强等，在2018年第24期《电工技术学报》上撰文（原标题为“阻抗源四桥臂光伏逆变器共模特性研究”），以无变压器型Z源四桥臂光伏逆变器为研究对象，对系统共模特性进行分析。
首先建立无变压器型Z源四桥臂光伏逆变器系统共模模型，分析不同开关状态下共模电压特性及系统共模漏电流的影响因素，在此基础上提出一种新型调制方案，该方案不仅具有升压功能，并且共模电压保持恒定，从而有效减小了系统漏电流。
最后搭建实验平台，控制采用DSP TMS320F28335和赛灵思FPGA XC3S400控制电路实现，对提出的方案进行了实验验证，实验结果证明了提出方案的有效性。
由于小体积、低成本和高效率等优点，无变压器型光伏逆变器被国内外学者广泛关注。然而，由于缺乏电气隔离，其光伏电池板、地以及电网之间形成共模回路，从而引发漏电流。
为了消除漏电流，国内外学者对无变压器型光伏系统开展了研究，提出了H5、H6、Heric等新型单相拓扑，有效地抑制了系统漏电流。然而，众所周知，单相变换器存在瞬时功率二倍频脉动的现象。因此在直流侧通常引入大容量电解电容，导致系统可靠性降低，成本和体积增加。
三相系统不存在上述问题，针对三相光伏系统，文献[14]提出通过改变调制策略的方法消除漏电流，由于调制策略只采用了8个矢量中的3个矢量，直流电压利用率低。值得注意的是，实际应用中光伏阵列输出直流电压较低，通常前级需要安装升压电路，而上述研究中未考虑Boost前级升压电路的影响。
文献[16]采用三相Z源光伏逆变器，无需前级Boost升压电路，实现了单级功率变换。此外，和传统光伏逆变器相比，Z源光伏逆变器不仅能实现升降压功能，并且能够有效避免桥臂直通风险，无需加入死区，避免了死区时间导致的低频谐波等问题。
文献[19]针对传统Z源三桥臂光伏逆变器漏电流抑制问题进行研究，为了实现系统共模电压恒定，只能采用6个有源矢量中的3个，导致系统工作范围受到限制，开关应力较高。因此，Z源光伏逆变器系统漏电流抑制问题有待进一步研究。
实际应用中，通过增加辅助开关的方式是系统漏电流抑制的有效途径，比如在传统H4桥式电路基础上增加辅助开关构成H5、H6、Heric等。
受该思路的启发，本文在传统Z源三桥臂逆变器的基础上增加两个辅助开关，从而构成三相Z源四桥臂变换器拓扑，进一步地，建立了系统共模模型，在此基础上分析了系统的共模特性，并提出一种新颖的调制策略，有效抑制了系统漏电流，最后在硬件平台上对该方案进行了实验验证。
图7 本文提出的调制策略
本文通过对无变压器型Z源四桥臂光伏逆变器的共模特性分析和研究，得出以下结论：传统方案无法有效抑制漏电流，随着直通占空比的增加，系统漏电流增大。本文提出方案受直通占空比变化影响很小，系统工作过程中寄生电容电压基本恒定，从而有效抑制系统漏电流。