前言

燕山大學電氣工程學院河北省電力電子節能與傳動控制重點實驗室的研究人員郭小強、朱鐵影，在2018年第1期《電工技術學報》上撰文，在二極管中點鉗位型逆變器（NPC）的基礎上，提出一種新型非隔離型三相三電平光伏并網逆變器，并對其工作特性和漏電流特性進行研究。

與NPC逆變器相比，新型逆變器的拓撲僅由十二個開關管和兩個直流側母線電容組成，比NPC逆變器少用了六個功率二極管，拓撲結構得到了簡化。為抑制其漏電流，在分析共模電壓和開關狀態關系的基礎上，改進了傳統兩電平載波調制方案，提出一種新型單載波調制方案。分別通過并網仿真、并網實驗和感性實驗，驗證了所提出拓撲的可行性與新型單載波調制策略的有效性。

在光伏并網系統中，光伏逆變器將光伏板產生的直流電轉換成交流電，并入電網或者供給負載。根據光伏逆變器中是否含有變壓器，可以分為隔離型光伏逆變器和非隔離型光伏逆變器。隔離型光伏逆變器由于變壓器的存在，使得整個逆變系統體積大、安裝難度大、成本高、系統效率低。

非隔離型光伏逆變器克服了隔離型光伏并網逆變器的上述缺點，但變壓器的移除使得非隔離型光伏逆變器的光伏板和電網存在直接的電氣連接，產生漏電流問題[1-7]。漏電流的存在增加了光伏系統的損耗，增大了并網電流的諧波含量，產生了嚴重的電磁干擾，影響其他設備的正常運行，甚至可能威脅人身安全[8,9]。因此，解決非隔離型光伏逆變器的漏電流問題成為了一個研究的熱點[10-15]。

在高電壓、大功率的場合，非隔離型三相三電平光伏逆變器具有開關應力小，損耗低，輸出電壓更接近正弦波，諧波含量小等特點。隨著電壓等級和功率等級的提高，非隔離型三相三電平光伏逆變器在學術界和工業界得到了研究和應用。

目前，三相三電平逆變器典型的拓撲結構主要有中點鉗位型（Neutral-Point-Clamped,NPC）三電平逆變器、飛跨電容型（Fly Capacitor, FC）三電平逆變器、級聯型三電平逆變器等拓撲結構。

NPC逆變器是提出較早、技術較成熟的三電平逆變器，克服了兩電平逆變器在高電壓大功率場合的諸多缺點。但是為實現三電平的輸出，NPC三電平逆變器使用了較多的功率二極管[16]；FC三電平逆變器使用電容替換了NPC逆變器的六個鉗位二極管，簡化了三相三電平逆變器，但是FC逆變器的飛跨電容的電壓均衡問題制約著這類逆變器的推廣[17]；級聯型三電平逆變器既無NPC逆變器的鉗位二極管，又無FC逆變器的飛跨電容，拓撲結構得到簡化，但是級聯型三電平逆變器需要多路光伏板[18]。

近年來，有學者相繼提出了ANPC逆變器[19]和SI-NPC逆變器[20]。ANPC逆變器解決了NPC型逆變器的開關損耗不均衡分布問題，但增加了開關管數量，增大了逆變器的損耗；SI-NPC逆變器解決了NPC逆變器橋臂直通問題，但是每相使用兩個電感，增大了逆變器的體積和損耗。

綜上分析，上述非隔離型三相三電平光伏逆變器為實現三電平輸出，除開關管和直流側母線電容外，都需要額外的輔助器件，如功率二極管、電容、電感等。輔助器件的使用會增加逆變器的硬件成本，增大逆變器的體積和損耗，降低系統的功率密度。因此，拓撲結構更簡潔、體積更小的新型非隔離型三電平逆變器有待研究。

依據NPC逆變器，提出了一種結構簡單的新型非隔離型三相三電平光伏并網逆變器，該逆變器的拓撲結構由十二個開關管和兩個直流側電容組成，不需要額外的輔助器件。

為抑制該逆變器的漏電流，在分析其工作狀態和共模模型的基礎上總結出共模電壓和開關狀態的關系，基于傳統的兩電平載波調制方案，設計了一種新型的單載波調制策略。最后通過并網仿真和帶載實驗驗證了該逆變器的可行性和新型單載波調制策略的有效性。

圖1 本文提出的NPSC光伏并網逆變器拓撲

結論

本文提出了一種新型非隔離型中點鉗位型三相三電平光伏并網逆變器NPSC，分析了其工作原理和共模模型，設計了有效抑制漏電流的新型單載波調制方案，并分別進行了并網仿真、并網實驗和感性實驗。

依據其實驗結果及其分析，可得出如下結論：①逆變器拓撲由十二個開關管和兩個直流母線電容組成，進一步簡化了傳統三電平逆變器的拓撲結構，節約了硬件成本，減小了逆變器的體積；②在傳統IPD和OPD調制方案下，NPSC1逆變器的漏電流不能得到有效抑制，而在新型單載波調制方案下，NPSC逆變器有效抑制了漏電流，具有較好的三電平輸出和較小的輸出電流諧波含量等特性。

綜合以上考慮，本文提出的NPSC逆變器具有一定的應用前景。