非隔离型三相三电平光伏逆变器
摘要：针对非隔离型三相三电平光伏逆变器的共模电流问题，在分析三电平共模等效模型的基础上，采用改进型LCL滤波器，将滤波电容公共点接回到直流侧中性点，滤除寄生电容电压的高频分量，使共模电流大幅衰减。改进型LCL
滤波器改变了三电平直流侧中点不平衡的机理，传统中点平衡算法，如分配因子法不再适用，为此，对分配因子法进行修正，提出广义的分配因子法，使中点电位得到有效地控制。
实验证明了理论分析和算法的正确性。
关键词：光伏逆变器；非隔离型逆变器；改进型LCL 滤波
器；共模电流；中点平衡控制；分配因子
0 引言
光伏发电是未来世界电力的主要来源[1-2]，随着
光伏系统容量的不断增加，对逆变器的成本、效率
和可靠性的要求也越来越高。非隔离型三相三电平光伏逆变器耐压等级高，输出电压更接近正弦波，电压畸变率低，谐波含量小，dv/dt小[3]，并且省去了笨重的工频变压器或者复杂的高频变压器，系统
的结构变得简单，体积小、成本低、效率高[4-7]，在光伏并网发电系统中得到广泛应用。但是，无变压器结构使得太阳能电池板和电网有了电气连接，共模电流会大幅增加，带来传导和辐射干扰，进网电
流谐波和损耗的增加，危及设备和人员安全[8-9]。因此研究非隔离型三相三电平光伏逆变器共模电流的抑制方法具有重要意义。
为充分理解非隔离型三电平光伏逆变器的共模电流特性，文献[10]针对单相桥式三电平并网逆变器，建立共模电流等效模型，得出共模电压为恒定值的结论，从而有效减小了共模电流，但是该结
论在三相系统中并不成立；文献[11]研究了三电平光伏逆变器的共模特性，在论证和总结共模电流抑制途径的基础上，结合电路实际提出进一步增强三电平光伏逆变器共模电流抑制性能的补偿措施，但
是所提出的基于电路参数匹配方式的抑制方案很难应用到工程实践中；文献[12]提出一种改进型LCL 滤波器，将滤波电容公共点接回到直流侧中性点，有效抑制了高频共模电压和共模电流，并应用
到两电平电机变频调速领域，但没有考虑光伏系统共模等效模型和三电平的特殊性。另外，由于将滤波电容公共点接回到三电平逆变器的直流侧中性点，改进型LCL 滤波器改变了直流侧中点不平衡的机理。
目前常见的中点平衡控制法有滞环控制法[13-16]和分配因子法[17-18]等，滞环控制法是一种定性粗略的抑制方法，并且抑制效果与功率因数有很大的关系，功率因数越低，抑制效果越不理想；
分配因子法利用直流电容电压和三相电流的信息，通过调整冗余小矢量对的时间实现对中点电流的精确控制，简单易行，控制精确，有利于数字化实现。但是滞环控制法和分配因子法均没有
考虑改进型LCL 滤波器的特殊性，其中点平衡控制的效果会受到影响，甚至会降低输出电流的质量。
本文深入研究非隔离型三相三电平光伏逆变器的共模特性，建立三电平共模等效模型，分析共模电流的激励源，将改进型LCL 滤波器应用到三相三电平光伏系统中，使共模电流大幅衰减；分析改
进型LCL 滤波器对中点电位的影响，然后对分配因子法进行修正，提出广义的分配因子法，使中点电位得到有效地控制；最后通过实验说明改进型LCL滤波器对非隔离型三相三电平光伏逆变器共模电
流抑制的有效性，及广义的分配因子法的正确性。
滤波器改变了三电平直流侧中点不平衡的机理，传统中点平衡算法，如分配因子法不再适用，为此，对分配因子法进行修正，提出广义的分配因子法，使中点电位得到有效地控制。
实验证明了理论分析和算法的正确性。
关键词：光伏逆变器；非隔离型逆变器；改进型LCL 滤波
器；共模电流；中点平衡控制；分配因子
0 引言
光伏发电是未来世界电力的主要来源[1-2]，随着
光伏系统容量的不断增加，对逆变器的成本、效率
和可靠性的要求也越来越高。非隔离型三相三电平光伏逆变器耐压等级高，输出电压更接近正弦波，电压畸变率低，谐波含量小，dv/dt小[3]，并且省去了笨重的工频变压器或者复杂的高频变压器，系统
的结构变得简单，体积小、成本低、效率高[4-7]，在光伏并网发电系统中得到广泛应用。但是，无变压器结构使得太阳能电池板和电网有了电气连接，共模电流会大幅增加，带来传导和辐射干扰，进网电
流谐波和损耗的增加，危及设备和人员安全[8-9]。因此研究非隔离型三相三电平光伏逆变器共模电流的抑制方法具有重要意义。
为充分理解非隔离型三电平光伏逆变器的共模电流特性，文献[10]针对单相桥式三电平并网逆变器，建立共模电流等效模型，得出共模电压为恒定值的结论，从而有效减小了共模电流，但是该结
论在三相系统中并不成立；文献[11]研究了三电平光伏逆变器的共模特性，在论证和总结共模电流抑制途径的基础上，结合电路实际提出进一步增强三电平光伏逆变器共模电流抑制性能的补偿措施，但
是所提出的基于电路参数匹配方式的抑制方案很难应用到工程实践中；文献[12]提出一种改进型LCL 滤波器，将滤波电容公共点接回到直流侧中性点，有效抑制了高频共模电压和共模电流，并应用
到两电平电机变频调速领域，但没有考虑光伏系统共模等效模型和三电平的特殊性。另外，由于将滤波电容公共点接回到三电平逆变器的直流侧中性点，改进型LCL 滤波器改变了直流侧中点不平衡的机理。
目前常见的中点平衡控制法有滞环控制法[13-16]和分配因子法[17-18]等，滞环控制法是一种定性粗略的抑制方法，并且抑制效果与功率因数有很大的关系，功率因数越低，抑制效果越不理想；
分配因子法利用直流电容电压和三相电流的信息，通过调整冗余小矢量对的时间实现对中点电流的精确控制，简单易行，控制精确，有利于数字化实现。但是滞环控制法和分配因子法均没有
考虑改进型LCL 滤波器的特殊性，其中点平衡控制的效果会受到影响，甚至会降低输出电流的质量。
本文深入研究非隔离型三相三电平光伏逆变器的共模特性，建立三电平共模等效模型，分析共模电流的激励源，将改进型LCL 滤波器应用到三相三电平光伏系统中，使共模电流大幅衰减；分析改
进型LCL 滤波器对中点电位的影响，然后对分配因子法进行修正，提出广义的分配因子法，使中点电位得到有效地控制；最后通过实验说明改进型LCL滤波器对非隔离型三相三电平光伏逆变器共模电
流抑制的有效性，及广义的分配因子法的正确性。
