光伏逆变器技术痛点获突破：安徽工大提出无漏电流五电平升压新方案

在光伏发电这件事上，非隔离型逆变器因为便宜、小巧、效率高，一直挺受市场欢迎。不过它有个老毛病：缺少变压器的电气隔离，高频开关动作容易在光伏板和大地之间的寄生电容上产生共模电压，进而形成漏电流。这玩意儿不光影响系统安全，搞不好还会触发保护装置，让整个电站停机。

为了解决这个问题，安徽工业大学安徽省高校电力电子与运动控制重点实验室的胡雪峰、张文彬等研究者，设计了一款无漏电流的非隔离五电平升压逆变器，专门用在光伏并网系统中。

图1 所提非隔离五电平升压并网逆变器拓扑结构

先说说这个拓扑结构的巧妙之处。他们把双输出Boost变换器和五电平逆变器“融合”到一起，得到了一个能升压的五电平逆变器。更关键的是，直流侧的负极和交流侧的中性点直接相连——这种“共地”结构，理论上能把共模电压降到0，也就是从根源上堵死了漏电流的产生路径。

对于光伏系统来说，这尤其实用。因为光伏板的输出电压本来就低，传统多电平逆变器大多只能降压，用起来很受限。而新拓扑自带升压能力，属于“准单级”结构，不需要额外加一级Boost电路，就能把低压直流抬升到并网需要的电压水平。

再说说输出波形。相比两电平逆变器，五电平逆变器的电压台阶更多，每个台阶的电压跳变幅度更小，所以谐波含量低、开关应力小，电磁干扰也更少。传统多电平拓扑，比如二极管钳位型或飞跨电容型，要么器件太多，要么存在电容电压不平衡的麻烦，还得配复杂的控制算法。而这篇论文提出的拓扑，器件数量相对少，而且电容电压能自平衡，控制起来没那么头疼。

图2 控制策略框图

不过，光是拓扑好还不够，调制策略也得跟上。研究团队专门为这款逆变器开发了一种双模式调制策略，核心思路是：根据输入电压和电网电压的高低关系，自动在降压模式和升压模式之间切换。这样做的好处是，输出电压能更贴近正弦波，进网电流质量更高，同时能量传输效率也得到了改善。

值得留意的是，很多同类共地型逆变器存在一个通病：在电网负半周期，中间电容只能放电、不能充电，导致电容电压跌落严重，不得不靠大容量的电解电容来硬扛。但这篇论文的方案不一样——所有的中间极性转换电容都能以开关频率实时补充能量，电压波动很小，所以可以用上容量更小、寿命更长的薄膜电容，整机的可靠性也会更高。

图3 实验平台

为了验证效果，团队搭建了实验样机，实验结果和理论分析吻合得很好。

当然，任何技术都有自己的适用边界。这款逆变器目前还是面向光伏并网场景，升压能力虽然提升了输入电压的适应范围，但具体的电压增益倍数、功率等级等参数，还需要结合实际项目再做选型。总体来说，它在消除漏电流、提升电能质量、延长电容寿命这几个方面，给出了一套比较完整的解决方案，尤其适合用在输入电压波动较大的低压光伏系统中。

本工作成果发表在2025年第12期《电工技术学报》，论文标题为“用于光伏并网系统的非隔离五电平升压逆变器”。本课题得到安徽教育厅自然科学基金的支持。