基于CCMV改进的无变压器光伏并网逆变器：新型H6拓扑结构实现效率提升与漏电流抑制

《CPSS Transactions on Power Electronics and Applications》：Improved transformer-less grid-connected PV inverter with CCMV for enhanced efficiency

本文推荐一项关于无变压器光伏并网逆变器的最新研究。为解决传统拓扑中Common Mode Voltage（CMV）波动引起的Leakage Current（Icm）、Conduction Loss和效率低下等问题，研究人员提出了一种新型H6逆变器拓扑。通过MATLAB/SIMULINK仿真与硬件实验验证，该拓扑在保持恒定CMV（CCMV）的同时，将Conduction Loss降至4.75W，效率提升至99.09%，其Leakage Current（19.7mA）显著优于H5（26.5mA）和H6-I（31.4mA）等主流拓扑，为高可靠性光伏系统提供了新方案。

　　

随着全球能源转型加速，光伏并网系统因高效率和低成本成为分布式发电的主流选择。然而，无变压器逆变器（Transformer-less Inverter, TLI）虽减轻了重量和成本，却因光伏面板与地之间的寄生电容（Parasitic Capacitance, C_pv）产生共模电压（Common Mode Voltage, CMV）波动，进而引发漏电流（Common Mode Current, CMC或I_cm）。这一问题不仅导致电磁干扰和系统损耗，更威胁人身安全——根据VDE 0126-1-1标准，若CMC超过30mA，必须在0.3秒内切断系统。现有TLI拓扑如H5、H6-I、H6-II和HERIC虽部分抑制了CMC，但仍在导通损耗（Conduction Loss）或效率上存在局限。为此，Aditi Atul Desai与Suresh Mikkili团队在《CPSS Transactions on Power Electronics and Applications》发表论文，提出一种新型H6逆变器，通过结构优化实现性能突破。

研究采用仿真与实验双验证路径。首先在MATLAB/SIMULINK平台建模对比五种逆变器拓扑，参数设定为输入直流电压400V、电网电压230V/50Hz、开关频率10kHz，并基于OPAL-RT硬件原型采集波形数据。关键技术包括：利用单极脉宽调制（Unipolar PWM, UPWM）生成触发脉冲，通过二阶广义积分器锁相环（SOGI-PLL）和比例谐振（PR）控制器实现精准调制；构建共模等效电路分析CMV与CMC关系（公式：I_cm=C_pv·dV_cm/dt）；通过损耗计算模型量化开关损耗（Switching Loss）与导通损耗。

工作原理与模式分析

新型H6拓扑在H5基础上增加开关S₆，形成直流端解耦（DC-Decoupled）结构。其四模式工作特性确保CMV恒定为V_pv/2：

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  模式1（V_g>0导通）：S₁、S₂、S₅导通，V_AN=V_pv，V_BN=0；
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  模式2（V_g>0续流）：电流经S₂与S₄体二极管循环，V_AN=V_BN=V_pv/2；
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  模式3（V_g<0导通）：仅S₃、S₆导通，较H5减少一开关，V_AN=0，V_BN=V_pv；
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  模式4（V_g<0续流）：S₄与S₂体二极管形成回路。
  

性能对比与验证

仿真波形显示，新型H6的CMV曲线平稳，而H5拓扑在续流模式存在电压跳变。硬件测试中，采用SKM100GB125DN IGBT模块与OPAL-RT控制器，在35V输入下验证了V_AN、V_BN及V_AB波形与仿真一致。关键数据表明：新型H6的CMC为19.7mA，低于H5（26.5mA）和H6-I（31.4mA），导通损耗（4.75W）显著优于H6-I（7.28W），效率达99.09%，仅次于HERIC（99.13%）。此外，电网电流总谐波失真（THD）从H5的5.04%降至1.99%。

本研究通过拓扑创新与多维度验证，证实新型H6逆变器在CMC抑制与效率提升方面的优势。其设计兼顾安全标准（如VDE 0126-1-1）与实用需求，为光伏系统可靠性升级提供了可行路径。未来工作可进一步优化开关策略以逼近HERIC的效率极限，或探索在三相系统中的扩展应用。