DQZHAN技術訊：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)非常重要的一個設備，主要作用是把光伏組件發(fā)出來的直流電變成交流電，除此之外，逆變器還承擔檢測組件、電網、電纜運行狀態(tài)，和外界通信交流，系統(tǒng)**管家等重要功能。
在光伏行業(yè)標準NB32004-2013中，逆變器有100多個嚴格的技術參數，每一個參數合格才能拿到證書。國家質檢總局每一年也會抽查，對光伏并網逆變器產品的保護連接、接觸電流、固體絕緣的工頻耐受電壓、額定輸入輸出、轉換效率、諧波和波形畸變、功率因數、直流分量、交流輸出側過/欠壓保護等9個項目進行檢驗。一款全新的逆變器，從開發(fā)到量產，要兩年多時間才能出來，除了過欠電壓保護等功能外，逆變器還有很多鮮為人知的黑科技，如漏電流控制、熱設計、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)和測試。
本文主要介紹逆變器的漏電流控制技術
1、光伏系統(tǒng)為什么會產生漏電流
光伏系統(tǒng)漏電流，又稱方陣殘余電流，本質為共模電流，其產生原因是光伏系統(tǒng)和大地之間存在寄生電容，當寄生電容-光伏系統(tǒng)-電網三者之間形成回路時，共模電壓將在寄生電容上產生共模電流。當光伏系統(tǒng)中安裝有工頻變壓器時，由于回路中變壓器繞組間寄生電容阻抗相對較大，因此回路**模電壓產生的共模電流可以得到一定抑制。然而在無變壓器的光伏系統(tǒng)中，回路阻抗相對較小，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，會引起并網電流畸變、電磁干擾等問題，對電網內的設備運行產生影響；漏電流還可能使逆變器外殼帶電，會對人身**構成威脅。
3、漏電流的標準及檢測方法
根據NB32004-2013標準第7.10.2條規(guī)定，在逆變器接入交流電網，交流斷路器閉合的任何情況下，逆變器都應提供漏電流檢測。漏電流檢測應能檢測總的（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)殘余電流超過下面限制，逆變器應該在0.3s內斷開并發(fā)出故障信號：
1）對于額定輸出小于或等于30KVA的逆變器，300mA;
2）對于額定輸出大于30KVA的逆變器，10mA/KVA。
光伏系統(tǒng)漏電流有兩個特點，一是成份復雜，有直流部份，也有交流部份；二是電流副值很少，毫安級別，對精度要求極高，需要專用的電流傳感器，能源部的光伏標準規(guī)定：對于光伏漏電流的檢測須采用TypeB，也就是交直流漏電流均能測量的電流傳感器。
漏電流傳感器安裝在逆變器對外地線輸出接口，檢測逆變器輸出地線的電流。
4、漏電流控制技術
目前，漏電流抑制技術已成為光伏并網系統(tǒng)研究中的熱點問題，各位高校研究機構和廠家都在研究，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、光伏電池板尺寸結構等因素有關，一般在50~150nF/kW左右，共模電壓變化率則和逆變器的拓撲結構、調制算法等因素有關。
對于傳統(tǒng)單/三相無變壓器型光伏并網逆變器拓撲，共模電流(漏電流)有效抑制的兩個基本條件為：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橋拓撲
為了解決全H橋光伏逆變器中漏電流的問題，可以使用雙極性PWM調制。這種調制消除了共模電壓對板的高頻成分，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拓撲結構
這種拓撲結構相比于全橋只需要增加一個的晶體管，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斷開，以防止面板兩極對地電壓隨開關頻率波動，從而保持共模電壓幾乎不變。
（3）HERIC拓撲
HERIC交流旁路拓撲，其工作原理如下：正半周期內，開關S5始終關斷而S6始終導通、S1和S4以開關頻率調制。當S1和S4導通時，和電壓分別為Udc和0，此時共模電壓=Udc/2；當S1和S4關斷時，電流經S6、S5反并聯二極管續(xù)流，和電壓均Udc/2，此時共模電壓=Udc/2。
（4）H6拓撲結構
H6直流旁路拓撲，其工作原理如下：正半周期內，開關S1和S4始終導通，S5、S6和S2、S3交替導通。當S5、S6導通，S2、S3關斷時，此時共模電壓=Udc/2；當S2、S3導通，S5、S6關斷時，電流續(xù)流路徑有2條：(1)S1、S3反并聯二極管，(2)S4、S2反并聯二極管。二極管D7和D8將電壓鉗位至Udc/2，此時共模電壓=Udc/2。負半周期內共模電壓也是Udc/2，因此漏電流可以得到有效抑制。
（5）H6.5拓撲結構
H6.5拓撲在HERIC的基礎上有所改進，相比傳統(tǒng)的HERIC少一顆diode，因此效率相對會比HERIC有所提高。在無功交換沒有經過母線電容，開關狀態(tài)時工模電壓為二分之一母線電壓，因此工模電流會很小；同時輸出為三電平，濾波器磁芯體積可以進一步減小，進一步提升效率；同時中間橫管為boost芯片，在開關損耗方面有進一步優(yōu)化，使得整機效率進一步提升。另一方面，現在有模塊封裝，使得芯片的結溫相抵傳統(tǒng)的單管會有所改善，可以顯著提高產品可靠性。
除了以上的幾個拓撲結構外，采用3電平或者5電平等多電平技術，可以降低組件正負極對地的電壓，也可以減少漏電流。
5、系統(tǒng)安裝時要注意的事情
漏電流都是通過逆變器地線的電流來檢測的，因此在安裝時，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，否則會影響檢測的精度，造成逆變器判斷錯誤。
