趙愛(ài)光　王占永

摘 要：在非隔離的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，檢測(cè)及抑制漏電流是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，成為光伏行業(yè)研究的熱點(diǎn)，逆變器則在光伏系統(tǒng)中承擔(dān)了檢測(cè)及抑制漏電的作用，保證了光伏系統(tǒng)的安全。本文主要解析光伏系統(tǒng)漏電流產(chǎn)生的原理，同時(shí)逆變器通過(guò)電路拓?fù)鋪?lái)抑制漏電流的產(chǎn)生，同時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)光伏系統(tǒng)的漏電流大小，如果漏電流超過(guò)安規(guī)值，則停止光伏發(fā)電系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電 逆變器 漏電流 非隔離 拓?fù)?/p>

一、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)通常是由太陽(yáng)電池板陣列、接線箱、逆變器、電表盤(pán)和電網(wǎng)組成，系統(tǒng)的核心是光伏并網(wǎng)逆變器。太陽(yáng)光照射在太陽(yáng)電池板表面，太陽(yáng)電池板陣列輸出的直流電，經(jīng)光伏并網(wǎng)逆變器最大功率點(diǎn)跟蹤控制、逆變后，產(chǎn)生與電網(wǎng)電壓同頻、同相的交流電，送入電網(wǎng)中。

隨著現(xiàn)在國(guó)家倡導(dǎo)的發(fā)展新動(dòng)能，加快新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換，太陽(yáng)能作為一種清潔能源得到了廣泛應(yīng)用，其中包括光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。傳統(tǒng)的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是將光伏板與電網(wǎng)之間加工頻變壓器變壓器隔離，實(shí)現(xiàn)電氣隔離，保證系統(tǒng)及人身安全。近幾年為提高系統(tǒng)效率，降低系統(tǒng)成本，將工頻變壓器變壓器省掉，但隨之而來(lái)的就是系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生漏電流，如果不加以檢測(cè)及抑制，勢(shì)必會(huì)造成系統(tǒng)安全。

二、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生漏電流的原理

光伏系統(tǒng)漏電流，又稱方陣殘余電流，本質(zhì)為共模電流，其產(chǎn)生原因是光伏系統(tǒng)和大地之間存在寄生電容，當(dāng)寄生電容-光伏系統(tǒng)-電網(wǎng)三者之間形成回路時(shí)，共模電壓將在寄生電容上產(chǎn)生共模電流。當(dāng)光伏系統(tǒng)中安裝有工頻變壓器時(shí)，由于回路中變壓器繞組間寄生電容阻抗相對(duì)較大，因此回路中共模電壓產(chǎn)生的共模電流可以得到一定抑制。然而在無(wú)變壓器的光伏系統(tǒng)中，回路阻抗相對(duì)較小，共模電壓將在光伏系統(tǒng)和大地之間的寄生電容上形成較大的共模電流，即漏電流。

三、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生漏電流的危害

由于光伏組件與公共電網(wǎng)是不隔離的，大面積的太陽(yáng)能光伏組件與地之間存在較大的分布電容，因而形成了有寄生電容、濾波元件和電網(wǎng)阻抗組成的共模諧振回路。共模電壓加在寄生電容上就會(huì)產(chǎn)生漏電流，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的漏電流，包括直流部分和交流部分，如果接入電網(wǎng)，會(huì)引起并網(wǎng)電流畸變、電磁干擾等問(wèn)題，對(duì)電網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生影響；漏電流還可能使逆變器外殼帶電，會(huì)對(duì)人身安全構(gòu)成威脅。

四、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)漏電的檢測(cè)及抑制策略

1、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)漏電流的檢測(cè)

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)漏電流的檢測(cè)主要是在光伏并網(wǎng)逆變器中完成，逆變器中安裝有漏電流互感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的漏電流，并根據(jù)漏電流大小發(fā)出保護(hù)信號(hào)，以此來(lái)保護(hù)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及人身安全。

根據(jù)NB32004-2013標(biāo)準(zhǔn)第7.10.2條規(guī)定，如果逆變器檢測(cè)到漏電流大小超過(guò)下面限制，逆變器應(yīng)該在0.3s內(nèi)斷開(kāi)并發(fā)出故障信號(hào)：

1）對(duì)于額定輸出小于或等于30KVA的逆變器，300mA；

2）對(duì)于額定輸出大于30KVA的逆變器，10mA/KVA。

2、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)漏電流抑制控制策略

目前，漏電流抑制技術(shù)已成為光伏并網(wǎng)系統(tǒng)研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題，各位高校研究機(jī)構(gòu)和廠家都在研究，漏電流的大小取決于光伏PV和大地之間的寄生電容Cpv，和共模電壓變化率，寄生電容其值與外部環(huán)境條件、光伏電池板尺寸結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，一般在50～150nF/kW左右，共模電壓變化率則和逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、調(diào)制算法等因素有關(guān)。

對(duì)于傳統(tǒng)單/三相無(wú)變壓器型光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)?，共模電流（漏電流）有效抑制的兩個(gè)基本條件為：各橋臂電感值選取一致；采用非零矢量合成參考矢量，使得共模電壓保持恒定。

（1）全H4橋拓?fù)?/p>

為了解決全H橋光伏逆變器中漏電流的問(wèn)題，可以使用雙極性PWM調(diào)制。這種調(diào)制消除了共模電壓對(duì)板的高頻成分，從而共模電壓一般只有一次諧波的低頻分量，從而減少漏電流的影響。

（2）H5拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比于全橋只需要增加一個(gè)的晶體管，這就是它命名H5的原因。電流續(xù)流期間將光伏電池從電網(wǎng)斷開(kāi)，以防止面板兩極對(duì)地電壓隨開(kāi)關(guān)頻率波動(dòng)，從而保持共模電壓幾乎不變。

（3）HERIC拓?fù)?/p>

HERIC交流旁路拓?fù)?，其工作原理如下：正半周期?nèi)，開(kāi)關(guān)S5始終關(guān)斷而S6始終導(dǎo)通、S1和S4以開(kāi)關(guān)頻率調(diào)制。當(dāng)S1和S4導(dǎo)通時(shí)，和電壓分別為Udc和0，此時(shí)共模電壓=Udc/2；當(dāng)S1和S4關(guān)斷時(shí)，電流經(jīng)S6、S5反并聯(lián)二極管續(xù)流，和電壓均Udc/2，此時(shí)共模電壓=Udc/2。

（4）H6拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

H6直流旁路拓?fù)?，其工作原理如下：正半周期?nèi)，開(kāi)關(guān)S1和S4始終導(dǎo)通，S5、S6和S2、S3交替導(dǎo)通。當(dāng)S5、S6導(dǎo)通，S2、S3關(guān)斷時(shí)，此時(shí)共模電壓=Udc/2；當(dāng)S2、S3導(dǎo)通，S5、S6關(guān)斷時(shí)，電流續(xù)流路徑有2條：（1）S1、S3反并聯(lián)二極管，（2）S4、S2反并聯(lián)二極管。二極管D7和D8將電壓鉗位至Udc/2，此時(shí)共模電壓=Udc/2。負(fù)半周期內(nèi)共模電壓也是Udc/2，因此漏電流可以得到有效抑制。

除了以上的幾個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)外，采用3電平或者5電平等多電平技術(shù)，可以降低組件正負(fù)極對(duì)地的電壓，也可以減少漏電流。

總結(jié)

總之，隨著對(duì)系統(tǒng)成本要求原來(lái)越低，非隔離光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)成本趨勢(shì)，但只有將漏電流的檢測(cè)及抑制做到最好，才能保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保證光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及人身安全。