燕山大学团队提出解决光伏系统共模电压抑制难题的新思路

如果你关注过光伏发电，大概知道阴影遮挡或组件损坏会明显影响发电效率。但在大型光伏电站中，这个问题不仅影响发电，还可能引起一种被称为“共模电压”的干扰，严重时甚至会影响整个电力系统的稳定运行。

燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室的潘尧、孙孝峰等研究者，提出了一种名为“脉冲衔尾排布调制”的新方法，专门用来应对光伏模块功率不平衡时引起的共模电压问题。

图1 脉冲衔尾排布调制实现流程

所谓模块化多电平变换器（MMC），是一种适合高压、大容量电力转换的拓扑结构。它本身具有模块化、易扩展的特点，因此很自然地被想到与光伏模块结合——把光伏板直接接入模块化多电平变换器的各个子模块直流侧，构成“模块化多电平变换器的光伏系统”。这样做的好处是每个光伏单元可以独立进行最大功率点跟踪，提升系统整体发电效率。

然而，这种结构也存在一个隐患。由于模块化多电平变换器通过脉冲宽度调制控制开关，会在交流侧产生高频共模电压。这种电压会在设备寄生电容上形成共模电流，带来电磁干扰，长期影响系统可靠性。

尤其在光伏功率不平衡的工况下——比如部分光伏板被阴影遮挡或出现故障——不同子模块的输出功率差异很大，导致调制信号不对称，传统共模电压抑制方法的效果会大打折扣。以往一些方案要么实现复杂，要么会降低系统调制能力，甚至只在桥臂模块数为偶数时才有效，限制较多。

图2 控制框图

研究者提出的脉冲衔尾排布调制，则从驱动脉冲的排布方式入手。其核心思路是让同一个桥臂内各个子模块的驱动脉冲像衔尾一样连接起来，即后一个子模块的脉冲上升沿紧接前一个子模块的脉冲下降沿。同时，上、下桥臂之间的脉冲也按类似规则对称排布。

图3 实验平台

这样做的好处是，在每个开关周期内，三相上桥臂的总电压波形与三相下桥臂的总电压波形保持一致，从而在理论上实现共模电压为零。这种方法不需要改变子模块的调制比，不影响系统输出电压的调节范围，而且无论桥臂子模块数是奇数还是偶数都能适用。

研究团队通过仿真和实验验证了这一方法的有效性。无论是在光伏功率平衡还是不平衡的情况下，该方法在保持子模块电容电压平衡的同时，都能实现对共模电压的显著抑制。这为模块化多电平变换器光伏系统在真实复杂环境中的稳定运行提供了一种可靠的技术路径。

本工作成果发表在2025年第4期《电工技术学报》，论文标题为“一种抑制模块化多电平变换器光伏系统共模电压的脉冲衔尾排布调制”。本课题得到河北省重点研发计划项目和河北省自然科学基金重点项目的支持。