【经典】非隔离型 H6 桥单相光伏逆变器无功补偿调制

光伏逆变器

引言

分布式光伏发电由于具有分散发电、就地使用，避免输配电损失和降低输配电投资，不需另占土地等优势，受到世界各国的重视［1-2］。单相分布式光伏发电系统中，需要采用单相并网逆变器作为光伏发电系统与单相电网的接口。

目前大部分的单相光伏并网逆变器仅能在单位功率因数的工况下运行。而随着新能源并网容量在单相电网中所占比例不断增大，单相光伏逆变器将逐渐成为单相电网功率主动调节的参与者［3］。因此，部分国家更改了并网标准，要求单相光伏并网逆变器具备无功调节功能，如德国的并网标准 VDEAR-N4105 ［4］。依照新的标准要求，当单相并网逆变器的容量小于 13.8kV⋅A 时，须满足超前和滞后 0.95 的功率因数要求，实现对单相电网的无功支撑。

单相 H6 桥拓扑是一种为了消除无变压器隔离型逆变器漏电流而提出的交流侧旁路的并网逆变拓扑［5］。在这种拓扑中的续流阶段，直流侧与交流侧被阻断开来［6-7］。采用传统的调制与控制方法，H6 桥的交流侧在电网电压过零后与直流侧阻断，通常只能工作在单位功率因数的并网模式下，无法实现无功功率的输出［8-9］。如何为已安装的 H6 桥型单相光伏逆变器进行软件更新与升级，使其在保持低漏电流特性的基础上实现无功功率输出与调节，是亟需解决的问题。

采用传统控制模式下，在非单位功率因数工况下，由于 H6 桥输出电压过零点与并网电流过零点不再重合，致使并网电流波形比在单位功率因数工况运行时畸变加重。针对逆变器并网电流过零点畸变问题，文献［10］在电流内环控制中引入重复控制，解决了 dual-buck 型拓扑光伏逆变器的电流过零点畸变问题。文献［11-13］利用双极性调制电流变化率比单极性调制大的特性，采用双极性与单极性混合调制的方法改善了电流过零点畸变。近年来，滑模变结构控制凭借其优越的瞬态特性与鲁棒性，被越来越多应用于电力电子装置的控制，并获得了较理想的控制效果［14-15］。文献［16］在直流耦合的分布式发电系统中，采用滑模控制提高了系统的动态性能。

当 H6 桥工作在无功补偿模式时，本文将其交流侧与直流侧阻断阶段的交流附加续流回路产生的电动势看作直流侧电压调制产生，提出一种低漏电流的无功补偿调制策略及其 SVPWM 的实现方法。分析了 H6 桥输出无功功率时，并网电流在输出电压过零点与电流过零点波形畸变的产生机理。并将 H6 桥的调制策略分成逆变调制与无功调制两个阶段，通过构造比例–积分–谐振全程滑模面，抑制并网电流的直流分量，平滑两阶段调制的切换，使得并网电流畸变得到改善。