[發明專利]可抑制二次紋波提高功率密度的單相逆變器及控制方法

有效

• 申請號: 202110277519.4
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113037120B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 茆美琴;程巍;宋振宇;張榴晨
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/14;H02M1/12;H02M1/42;H02M7/5395
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

本發明公開了一種可抑制二次紋波提高功率密度的單相逆變器及控制方法，其單相逆變器包括功率解耦電路、bc兩相全橋逆變電路和交流低通輸出濾波電路；其功率解耦電路和bc兩相全橋逆變電路級聯；bc兩相全橋逆變電路交流輸出端通過交流低通輸出濾波電路與交流側v_o相連接；直流輸入源V_in與功率解耦電路串聯，本發明實現雙電壓輸出進而減小濾波電感體積，提高功率密度；通過功率解耦濾波電容將兩倍工頻的脈動功率去除，實現二次紋波的抑制，其直流側無需設置大容值電解電容，降低逆變器體積和損耗，提高逆變器功率密度和壽命。

技術領域

本發明涉及單相逆變器技術領域，更具體地說是涉及一種具有主動功率解耦并提高功率密度的單相逆變器，尤其是應用于分布式光伏發電、風力發電領域。

背景技術

目前，單相并網逆變器廣泛應用于分布式發電系統中。例如，在分布式光伏發電系統中，逆變器的直流側與光伏模塊連接，交流側與電網連接。這種連接模式決定了單相逆變器必須同時滿足兩側的要求：光伏側在一定的光照條件下，光伏模塊工作在最大功率點處，逆變器的輸入功率恒定；電網側的電壓和電流均為正弦信號，單相逆變器的輸出功率是隨時間變化的瞬時功率。這樣，單相逆變器電網側含有很大的兩倍工頻脈動功率，同時引起輸入側功率的兩倍工頻脈動，從而無法保證輸入瞬時功率的恒定，造成光伏利用率的降低和并網電流的畸變。因此，單相并網逆變器需要采用功率解耦的方法來去除輸入側的兩倍工頻脈動功率。

在分布式光伏發電、風力發電領域，對逆變器裝置提出了新的要求，體現在高效下實現更高的功率密度。而風速和光照強度的非線性、隨機性和不可控性等特性使得輸入逆變器的電壓常常會偏離其額定值，導致顯著的功率損失。

為了解決這一問題，提高寬范圍的輸入電壓的適配性，提高系統可靠性，反激式逆變器、多級式逆變器、Boost型單相逆變器等具有輸入電壓調節功能的逆變器受到了廣泛的關注。其中，反激式并網逆變器拓撲中變壓器的電感線圈體積大、重量重，逆變器的功率密度較低；無變壓器的非隔離型并網逆變器體積小、成本低、結構簡單，效率較高的優點，但單相逆變器中存在的電解電容，使得逆變器的功率密度仍然較低。

因此，近來一些文獻提出主動功率解耦，通過增加功率解耦電路，將兩倍工頻脈動功率存儲于作為儲能設備的薄膜電容中，將大容值的電解電容替換為容值較小的薄膜電容，從而提高系統的功率密度和可靠性。比如：在期刊《IEEE Transactions on PowerElectronics》2019年，第34卷第8期，第7450至7461頁中刊登的Half-Bridge VoltageSwing Inverter With Active Power Decoupling for Single-Phase PV SystemsSupporting Wide Power Factor Range一文中，作者提出一種具有Buck-boost結構進行主動功率解耦的半橋逆變器拓撲，用于支持寬功率因數范圍的單相光伏系統。這種主動功率解耦能力可以減小解耦電容的大小和體積，但其仍然無法減小濾波電感體積。

發明內容

本發明為了避免上述現有技術所存在的不足，提供一種可抑制二次紋波提高功率密度的單相逆變器及控制方法，利用功率解耦濾波電容來吸收兩倍工頻脈動功率，從而達到抑制直流側二次紋波的目標，利用開關管實現雙輸入電壓，從而達到減小濾波電感體積并提高功率密度的目標。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明可抑制二次紋波提高功率密度的單相逆變器的特點是：

所述單相逆變器包括功率解耦電路、bc兩相全橋逆變電路和交流低通輸出濾波電路；所述bc兩相全橋逆變電路包括b相橋臂和c相橋臂，所述功率解耦電路包括a相橋臂；

所述功率解耦電路和bc兩相全橋逆變電路級聯，直流輸入源V_in與所述功率解耦電路串聯；所述bc兩相全橋逆變電路的交流輸出端通過交流低通輸出濾波電路與交流側v_o相連接。