发布时间 : 星期五 文章Renewable and Sustainable Energy Reviews 15(2011) 3423– 3431中文翻译更新完毕开始阅读468958130b4e767f5acfcecf
尽管和H桥拓扑结构相比，它的成本较低且简单（主要是由于半H桥比H桥少使用一半的半导体）[29]，由于一些缺点难以解决（例如，输出波形只有两个级别，输出电流严重失真并产生高电磁干扰，和全H桥拓扑相比，交换机必须支持双电压），所以这个拓扑结构在实践中很少使用[15,28]，因此需要更高阻断电压功率晶体管，从而增加了开关损耗。
为了提高半H桥的性能，几个这种拓扑结构的改善结构已作为无变压逆变器的关注替代品在文献中提及。其中最重要的一些将在下文详述。 3.3.高效可靠的逆变器的概念(HERIC)
这种拓扑结构结合单极性PWM调制降低漏电流和高效率的优点，成为一些在商业逆变器中实施的拓扑结构[8,24]，特别是Sunways的拓扑结构。
正如前面章节所述，关键是使用一个3级输出电压无变压逆变器将光伏面板连接到电网。然而，结果如图2所示，采用全H桥已经表明，这样的安排在光伏极引入了高频纹波，这将导致一个不可忽视的漏电流流经寄生电容到面板。为了避免漏电流，同时维持3级的输出电压，一个基于全H桥逆变器的新拓扑结构已经开发并申请了专利[30]，命名缩写为HERIC。
在HERIC拓扑结构中，几个分支中添加了并行输出滤波器，如图6所示。这些额外的分支开关以电网频率切换，所以T1在正半周期为开启状态，在负半周期为关闭状态，而T2是负半周期为开启状态，在正半周期为关闭状态。这可以使二极管D1和D2作为一个续流二极管分别工作在正半周期和负半周期，从而防止输出电流通过二极管全桥。所体现的功能是负
责将光伏电池板和电网电气隔离，以及获得的第三个等级，即0V级，因为当D1或D2通电时，线路仍然短路，逆变器的输出电压保持不变。HERIC拓扑允许光伏电池板保持一个浮动的对地电压，从而实现了几乎恒定的共模电压[8]。
此外，和传统的H桥相比，它可以提高效率，因为，在任何期间里没有电流通过桥半导体。当逆变器在轻负载条件下时，这一特性很起作用。[6,8,31]。
相比传统的全H桥拓扑，HERIC拓扑结构的主要缺点是有太多开关，从而导致需要更复杂的转换器 3.4.H5的拓扑
这种拓扑结构相比于全桥只需要增加一个的晶体管，这就是它命名H5的原因。H5拓扑结构是SMA的专利[32]，这是一家全球领先的光伏逆变器制造商，H5和HERIC拓扑结构基于相同的概念，即在电流续流期间将光伏电池从电网断开，以防止面板两极对地电压随开关频率波动，从而保持共模电压几乎不变。
H5的拓扑结构如图7所示，采用全桥组成四个开关S1，S2，S3和S4，加直流旁路的开关S5。由电网频率操作开关S1和S2，而S3，S4和S5的运行在高频率。在任何期间，S5都是打开的，将光伏面板从全H桥逆变器断开。晶体管的S1可以关闭任何路径，S3的晶体管的正半周期为S3在电网的逆二极管，S1为负半周期的逆二极管。
使用的H5无变压逆变器拓扑可以获得较高的效率[33]，特别在部分负荷上。与全H桥拓扑结构相比，它只需多一个晶体管。然而，由于全H桥逆变器存在一系列晶体管[16]，如果半导体的选择是不是最佳，传导损耗可能会增加。
如今，在一些商用逆变器中使用这种拓扑结构[24]，尤其是那些拥有专有专利的，有效地实现替代无变压光伏逆变器。 3.5.带发电控制电路的半H桥(GCC)
带发电控制电路的半H桥(GCC)[34]基于半桥逆变器增加两个额外的晶体管，这使得它可以最大功率点独立跟踪光伏字符串[35]。它的拓扑结构示意图如图8所示。在这个数字同时可以查明，GCC回路，它由开关S1和S2，电感L1，半H桥电路的开关S3和S4，电感L2组成。
GCC是一个经典的升降压升压斩波器[36]，使用中间点和直流母线电容器的负极作为输入，正极和直流母线电容器的中间点作为输出，从而分担负载电流之间的不同的字符串。
尽管事实上，还有其他替代品比GCC更能最大功率执行独立跟踪几个光伏电池板的拓扑，这种拓扑非常重要，当一对字符串使用时由于它需要在同一组件算作一个完整的H-桥，
即4个晶体管和2个电感，同时保留了半H桥转换器的共模电压性能，从而保证了较低的共模电流。此外，GCC的DC/DC开关在光伏串之间只有电源差异，降低了整体的功率损失。
值得指出的是，逆变器的性能比得上半H桥的性能，并且缺点也是相同的，即比全H桥更高的纹波电流，更高的功率损耗和更高的电磁干扰。然而，使用GCC，它是可能提高太阳能光伏板的性能，由于这个的事实，两个面板的最大功率点可以独立进行跟踪[11]，安装条件受到字符串安装地方影响（如不同方向，部分阴影，甚至在每个字符串面板的一个小差异）。
4.基于多级拓扑的逆变器
多级拓扑结构是基于一个半导体和无源逆变器特别排列，这种方式有三个或多个离散的直流电压水平在电源转换器的输出。尽管这些拓扑已被广泛应用于高功率的应用[37]，它被认为是迄今为止，作为替代小功率无变压逆变器标准拓扑使用，主要是由于需要额外的功率二极管和晶体管的成本。然而，由于半导体成本减少[38,39] ，多层次的拓扑最近正在小功率无变压逆变器中应用发展。
需要重点指出的是这种转换器需要克服两个局限性。一方面，减少感觉到的程度应完成的数量。另一方面，多级转换器的积木应设计，以减少寄生电感[40]。为了克服这些限制，半导体制造商正在开发与电源模块相结合的基本层次结构[41]。
无变压多级拓扑结构介绍如下：级联H桥（CHB），NPC半桥，飞电容（FC），电容分压器NPC半桥，Conergy NPC，有源NPC（ANPC）。 4.1.级联H桥(CHB)
最简单的多层次结构组成包括连接H桥系列中其交流侧的电池，同时使用不同直流母线的光伏电池板[42]。两个阶段的具有二阶输出滤波器的CHB多电平逆变器的示意图如图9所示。
应当指出的是，这种多层次的拓扑结构需要很多H桥功率级的隔离电源，这是考虑一个问题，当它被用在古典电力电子应用程序（例如高功率马达驱动器）。然而，光伏模块满足这一要求，从而使CHB光伏发电逆变器拓扑结构中有重要的选择设计过程43]。
在这种拓扑结构中最重要的功能之一是能够提高逆变器的交流侧电压，在既没有变压器，也没有额外升压转换器时[5,25,44]，使电流能够注入电网，由于这一事实，即尽可能多的模块根据需要，可以堆叠排列，从而多增加一些输出电压水平（例如，如图9所示，最高的Vpv1 + Vpv2在变频器的输出电压，VINV）获得。事实上，这一特性激发了不同的最大功率点的研究跟踪策略，使每个独立的控制[45,46]光伏组件组控制电流注入电网。值得指出的
是有些产品已经利用这种模块化结构的工作，即便损坏电池[47,48]，却提高了系统可靠性。
最后应该指出的是，半导体会影响所需的成本和可靠性，漏电流可以很高，这取决于连接的电池串联数量。
4.2. 中点钳位(NPC)半桥
NPC半桥是单相多层次的修订拓扑结构，应用于高功率电机驱动[49]，最近已提议作为一种替代拓扑结构用于光伏逆变器的设计中。它包括含有4个晶体管的一个分支和2个钳位二极管，如图10所示。二极管提供了一个畅通的输出电流路径，导致输出电压为0V状态[8]。
一方面，NPC半桥拓扑的工作方式与半桥拓扑类似，但它具有更高的效率，减少电流波动[15]和恒定的共模电压，从而防止漏电流产生。另一方面，NPC拓扑与单极化的PWM调制全桥拓扑性能类似，即有3个逆变输出电压等级，一个类似的电压衍生。因此，输出滤波器和转换器的性能与单极性PWM调制全桥拓扑是类似的[14]。
这种拓扑结构的主要缺点如下所列。它要求大功率半导体，高容量的电容器[5,25]和高输入电压，它是全桥输入电压的两倍[24]。由于缺乏并联电容[50]，另一个重要的问题是在晶体管内部会产生瞬态过电压。然而，使用一个缓冲电路就可以解决这个问题。此外，功率