分布式光伏逆變器輻射噪聲診斷與抑制方法

摘 要：文章對分布式光伏逆變器輻射噪聲產生的原理進行分析，并在此基礎上提出了光伏逆變器，由傳導共模噪聲電流引起的線上輻射噪聲的新型診斷方法，并采取針對性的方法對該類型的噪聲抑制進行探討，以期為診斷和抑制光伏逆變器輻射噪聲提供有價值的參考。

關鍵詞：光伏逆變器；輻射噪聲；診斷；抑制

逆變器要實現電能的轉換需要依賴于內部復雜的電子元件，這些電子元件開啟與關閉時會產生很多EMI噪聲，其中頻率低的噪聲會順著電路以噪聲電流的形式傳輸，進而形成傳導EMI噪聲，而高頻率的噪聲除了沿著電路傳輸外，還會輻射到空間中成為輻射EMI噪聲。

1 分布式光伏逆變器共模噪聲產生原理

1.1 傳導EMI噪聲機理

由電磁兼容知識可知傳導噪聲電流分為差模、共模兩種噪聲類型，其中差模噪聲電流主要在中線和火線上產生，共模噪聲電流則主要出現在地線與零線、火線上。

文章以基于PWM控制的分布式光伏逆變器為例，對共模噪聲電流的傳輸原理進行探討，該逆變器的電路拓撲結構如圖1所示，該電路中V1～V4是逆變橋，L0為濾波電感，Cin和C0是濾波電容，剩余部分為控制電路。光伏組件接受太陽照射后首先會將太陽能轉化為直流電，然后Cin對其穩壓處理，并將直流電送入逆變橋，接著PWM會控制電路使其產生驅動電路，通過控制逆變橋的開關管將直流電轉化成交流電，最后通過由C0和L0組合而成的濾波器實現對負載的供電。

該電路中控制波形上升的時間非常短暫只有8ns，而且噪聲頻帶則能達到39MHz。該噪聲通過耦合電容以及開關管形成共模傳導噪聲電流，進而引發共模噪聲的出現。

1.2 輻射噪聲與共模電流的關系

分析圖1中共模電流的傳導方向得出，安全電線產生的電感阻抗值大于參考地面的阻抗，因此當共模電流傳輸到零線與火線后，最后會流向參考地面。共模電流的這種流向成為導致輻射EMI產生的主要原因。與共模電流相比差模電流在零線與火線之間的傳輸，對輻射噪聲的產生的影響非常小，一般可忽略不計。

共模電流傳輸過程中會在周圍空間中形成輻射場，并且該輻射場的大小可通過下列公式進行計算。

Eθ≈（jlZ0Iβ0sinθe）/（4πr）

該公式中字母Z0表示自由空間的波阻抗，β0=2π/λ其中λ表示相關頻率的信號波長，r、l和I分別表示測試距離、導線的長度和電流數值。

當頻率不斷增加時，導線的物理長度就會與波長的幾何尺度可比，此時，在導線上傳輸的電流分布就會呈現不均勻狀態，此時可將導線劃分成若干均勻的區段，然后可利用射頻電流探頭測量每個區段的電流，并從I1～In對其進行標注。然后將測量得出的不同區段中的電磁場大小換算成標準的開闊實驗場，并綜合分析地面產生的輻射效應，利用下列公式就能獲得等效輻射場結果。

共模分離網絡比較理想的結果是CMIL的數值為零，此時表示共模噪聲傳輸過程中的損耗量較小。另外，DMRR的數值應盡可能的大，以此避免共模噪聲信號傳輸過程中差模噪聲耦合其中。

對該網絡分離情況進行性能測試，可以得出分離網絡的CMIL的數值是-2dB，而DMRR的數值為-40dB，因此其符合CISPR的相關規定。

2.2 高頻電流探頭

高頻電流探頭工作時主要借助電感間的互感，將高頻信號引入或耦合到測試電路中，其內部結構圖如圖2所示。

該結構中的L1、L2分別表示高頻電流探頭的初、次級自感，而M則為互感。該電流探頭具有較高的測試頻段，因此能夠有效避免人工電源網絡性能的不足，保證測試數據的準確性。

2.3 共模噪聲提取系統

運用噪聲分離網絡和高頻電流探頭能夠提取處于分布式光伏逆變器輻射頻段的噪聲電流。為了實現這提取噪聲的功能應將高頻電流探頭分別和中線、地線和火線、地線相連，并將輸出端與分離網絡對應的輸入端連接，以及EMI接收機和分離網絡的共模輸出端連接在一起。通過使用人工電源網絡能夠大大降低噪聲被高頻電流探頭吸收的可能，進而提高測試結果的精度，并且還能阻止分布式光伏逆變器噪聲電流在電網中傳輸。

3 實驗與分析

為了對分析結果的有效性進行驗證，準備使用小功率光伏逆變器對輻射噪聲的診斷與抑制進行研究，并使用微波暗室驗證效果。

測試結果顯示60～100MHz頻段的共模噪聲為60dBμV，當加入某種類型的濾波器后，共模噪聲下降到30dBμV，從中能夠看出該類型的濾波器具有較好的抑制共模噪聲的效果。另外，為了準確的評判該濾波器的對輻射噪聲的抑制，將使用3m的微波暗室對使用濾波器前后輻射噪聲量進行測量，結果現實未加濾波器前電路中存在較多的輻射噪聲，其中頻率在100MHz的居多，和提取的輻射噪聲電流幅值較大頻段大致相當，當使用設計的濾波器后，能夠很好的將輻射噪聲抑制到規范標準允許的范圍內。

4 結束語

本文在研究輻射噪聲產生原理的基礎上，通過測試輻射噪聲產生的電流對輻射噪聲進行診斷，并采取有關的抑制措施，取得了較好的抑制效果，并得出了測試分布式光伏逆變器輻射噪聲時，有些頻率的逆變器的體積比較大，而且還要將其與光伏電板連接在一起，所以不適合在暗室中測量輻射噪聲的結論。

參考文獻

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