随着全球工业的发展,能源危机和环境恶化问题日益严重,新能源的开发与利用越来越得到人们的重视,而逆变技术是新能源发电系统中的关键技术。随着家庭光伏能源使用率的逐步提升,中小功率逆变器将成为未来光伏系统发展的趋势,然而单相逆变器输入侧低频纹波在很大程度上影响逆变器的多项性能。
例如,在燃料电池的应用中,低频脉动功率会增大燃料电池的损耗、降低系统的动态响应;在光伏发电场合会影响电路的最大功率点跟踪(maximum power point tracking, MPPT)和光伏电池板的能量利用率,存在瞬时功率不匹配导致光伏发电系统的发电效率降低等问题。
为了抑制单相逆变器输入侧低频纹波量,往往在逆变器输入侧并联大电容,可以起到滤波作用,但存在体积增大以及电解电容寿命与光伏电池不匹配等问题,采用功率解耦技术的单相逆变器,可以在有效抑制纹波的同时,实现逆变器的高功率密度、高变换效率,所以功率解耦技术引起了人们的重视。
通过对多种研究方案在功率解耦电路、样机额定功率、输入滤波电容容量、解耦电路储能元件大小以及二次纹波占比几个方面进行了对比,各项数据见表1。
从表1中可直观看出各类解耦技术中,DC级功率解耦技术纹波抑制效果最好,其中文献[9]的无源解耦技术效果最明显,但解耦电容容值较大。有学者采用有源功率解耦可达到较理想纹波抑制效果,也提升了逆变系统的功率密度,工程应用性较强。
有学者均在直流母线采用LC滤波器并依据控制策略来进行纹波抑制,实现前级逆变器对二次纹波带阻特性,后者滤波电容更大,但纹波抑制效果更好。
AC级功率解耦中,有学者仅给出了拓扑结构和实现方法,对于带功率解耦的三端口逆变器,电路构成较复杂,其中后者所用功率开关管更少,拓扑功能更多。
有学者利用拓扑固有优势,对滤波电容电压参考控制量稍作改动即可实现纹波抑制,且无需引入功率解耦电路和大容量电解电容。
表1 各类功率解耦方案的参数及性能
通过以上对比总结以下几点结论: