[发明专利]单相电压型逆变器整流器负载输入电流低频谐波抑制方法

说明书

本发明提出单相电压型逆变器整流器负载输入电流低频谐波抑制方法，通过对逆变器的输出脉动功率p计算分离得到各偶次脉动功率，从而得到滤波电容上需要叠加的各偶次谐波电压，将提取的各偶次谐波电压和直流量相加后作为基准电压，通过控制功率开关S₅、S₆，使解耦电容电压跟踪基准电压，使脉动功率回路限制在交流输出侧，从而抑制逆变器输入侧低频电流谐波；本发明能有效解决单相电压型逆变器带整流器负载时输入电流含有大量低频谐波的问题，通过输出侧功率解耦控制策略来减小输入电流低频谐波成分，有效提高系统运行效率，改善新能源发电系统整体的动态响应和安全性。

技术领域

本发明涉及单相逆变器技术领域，尤其是单相电压型逆变器整流器负载输入电流低频谐波抑制方法。

背景技术

能源是经济和社会发展的重要物质基础，也是提高人们生活水平的先决条件。目前最常用的能源主要是煤炭、石油和天然气等化石能源，随着经济的快速发展，能源需求不断增长，这类不可再生化石能源的储量已经日趋枯竭；同时化石能源大量使用产生的一系列环境问题，像大气污染、全球变暖等都在对我们的生产和生活产生着不利影响。相比于化石能源，以太阳能、风能为代表的新能源具有清洁、无污染、储量大等优点，因此新能源发电技术(如光伏发电、燃料电池等)得到了广泛的应用。

当太阳能电池、燃料电池或蓄电池等直流电源对交流负载供电时，需要使用逆变器将直流电变换成工频交流电，在中小功率领域，单相逆变器应用最为广泛。但无论是单级、准单级或两级型单相逆变器电路结构，其输入直流侧电流含有大量的低频偶次谐波。在线性负载情况下，输入侧谐波为二次谐波，在非线性负载情况下，输入侧谐波包括二次、四次、六次等低频偶次谐波，成分更加复杂。输入直流侧低频谐波会影响燃料电池发电系统的正常运行，导致其损耗增大、系统的动态响应慢、电池寿命短等问题；在光伏发电系统中，直流侧低频谐波电流会影响光伏电池最大功率点跟踪(MPPT)，降低光伏电能利用率；同时，低频谐波电流会造成蓄电池老化，寿命减少等问题。因此，单相逆变器输入侧电流低频谐波抑制技术对于新能源发电系统具有重要的意义。

利用电感、电容的无源滤波技术是抑制电流低频谐波最简单的方法，但需要的滤波电感和滤波电容的容量都非常大，一般采用电解电容进行滤波，电解电容寿命较短，会直接影响变换器的使用寿命。此外，LC参数变化对于滤波效果的影响较大，当负载为非线性负载时，需要多组LC进行滤波,逆变器的体积和成本更大。两级式逆变器的有源控制技术，通过在前级DC-DC变换器的控制环节中引入二次陷波器，使中间母线电容缓冲两倍频电流谐波能量，从而抑制输入电流低频谐波，但其控制策略复杂，且直流母线电压波动对后级逆变器输出波形有一定的影响。

逆变器输入直流侧有源滤波技术，通过在逆变器直流母线上并联一个单相全桥有源电力滤波器，根据检测得到的谐波电流，使电感产生相应的电流补偿到直流母线上，从而消除输入侧电流低频谐波。此外，有学者提出将双向Buck直流变换器并联在直流母线上作为有源直流滤波电路，电感作为解耦电容和直流母线间二次谐波能量的转换媒介，控制解耦电容上电压使之产生二次脉动功率以补偿负载二次脉动功率。在直流侧有源滤波电路中，低频脉动功率的流通路径长，变换器的损耗大，而且现今的研究主要局限于线性负载，尚未见到对整流器等非线性负载下输入电流低频谐波抑制技术的研究。

逆变器输出侧的功率解耦电路中，输出滤波电容同时作为功率解耦电容，谐波电流传输路径短，现有的研究主要集中在线性负载情况，而整流器负载下负载功率谐波分布更复杂，造成逆变器输入侧电流谐波的成分更多，相关的检测与谐波抑制方法的研究尚未开展。因此，寻求一种更有效的整流器负载下单相逆变器输出侧功率解耦电路的控制策略，对于减小输入电流谐波含量、提高新能源利用率，延长储能元件的使用寿命，改善新能源发电系统整体的动态响应和安全性均具有重要的意义。

发明内容