DQZHAN技術(shù)訊：如何控制漏電流危害——光伏逆變器黑科技
光伏逆變器是光伏系統(tǒng)非常重要的一個(gè)設(shè)備，主要作用是把光伏組件發(fā)出來(lái)的直流電變成交流電，除此之外，逆變器還承擔(dān)檢測(cè)組件、電網(wǎng)、電纜運(yùn)行狀態(tài)，和外界通信交流，系統(tǒng)**管家等重要功能。
在光伏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB32004-2013中，逆變器有100多個(gè)嚴(yán)格的技術(shù)參數(shù)，每一個(gè)參數(shù)合格才能拿到證書。國(guó)家質(zhì)檢總局每一年也會(huì)抽查，對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品的保護(hù)連接、接觸電流、固體絕緣的工頻耐受電壓、額定輸入輸出、轉(zhuǎn)換效率、諧波和波形畸變、功率因數(shù)、直流分量、交流輸出側(cè)過(guò)/欠壓保護(hù)等9個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行檢驗(yàn)。一款全新的逆變器，從開發(fā)到量產(chǎn)，要兩年多時(shí)間才能出來(lái)，除了過(guò)欠電壓保護(hù)等功能外，逆變器還有很多鮮為人知的黑科技，如漏電流控制、熱設(shè)計(jì)、電磁兼容、諧波抑制，效率控制等等，需要投入大量的人力和物力去研發(fā)和測(cè)試。
本文主要介紹逆變器的漏電流控制技術(shù)
1、光伏系統(tǒng)為什么會(huì)產(chǎn)生漏電流
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**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。
2、漏電流的危害
光伏系統(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**構(gòu)成威脅。
3、漏電流的標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)方法
根據(jù)NB32004-2013標(biāo)準(zhǔn)第7.10.2條規(guī)定，在逆變器接入交流電網(wǎng)，交流斷路器閉合的任何情況下，逆變器都應(yīng)提供漏電流檢測(cè)。漏電流檢測(cè)應(yīng)能檢測(cè)總的（包括直流和交流部分）有效值電流，連續(xù)殘余電流，如果連續(xù)殘余電流超過(guò)下面限制，逆變器應(yīng)該在0.3s內(nèi)斷開并發(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。
光伏系統(tǒng)漏電流有兩個(gè)特點(diǎn)，一是成份復(fù)雜，有直流部份，也有交流部份；二是電流副值很少，毫安級(jí)別，對(duì)精度要求極高，需要專用的電流傳感器，能源部的光伏標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對(duì)于光伏漏電流的檢測(cè)須采用TypeB，也就是交直流漏電流均能測(cè)量的電流傳感器。
漏電流傳感器安裝在逆變器對(duì)外地線輸出接口，檢測(cè)逆變器輸出地線的電流。
4、漏電流控制技術(shù)
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?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)?
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，以防止面板兩極對(duì)地電壓隨開關(guān)頻率波動(dòng)，從而保持共模電壓幾乎不變。
（3）HERIC拓?fù)?
HERIC交流旁路拓?fù)?，其工作原理如下：正半周期?nèi)，開關(guān)S5始終關(guān)斷而S6始終導(dǎo)通、S1和S4以開關(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)洌涔ぷ髟砣缦拢赫胫芷趦?nèi)，開關(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。
（5）H6.5拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
H6.5拓?fù)湓贖ERIC的基礎(chǔ)上有所改進(jìn)，相比傳統(tǒng)的HERIC少一顆diode，因此效率相對(duì)會(huì)比HERIC有所提高。在無(wú)功交換沒(méi)有經(jīng)過(guò)母線電容，開關(guān)狀態(tài)時(shí)工模電壓為二分之一母線電壓，因此工模電流會(huì)很??；同時(shí)輸出為三電平，濾波器磁芯體積可以進(jìn)一步減小，進(jìn)一步提升效率；同時(shí)中間橫管為boost芯片，在開關(guān)損耗方面有進(jìn)一步優(yōu)化，使得整機(jī)效率進(jìn)一步提升。另一方面，現(xiàn)在有模塊封裝，使得芯片的結(jié)溫相抵傳統(tǒng)的單管會(huì)有所改善，可以顯著提高產(chǎn)品可靠性。
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。
5、系統(tǒng)安裝時(shí)要注意的事情
漏電流都是通過(guò)逆變器地線的電流來(lái)檢測(cè)的，因此在安裝時(shí)，逆變器的地線要接牢靠，并且不能和逆變器的零線以及組件的**防雷地線接在一起，否則會(huì)影響檢測(cè)的精度，造成逆變器判斷錯(cuò)誤。
