[发明专利]两级双有源桥并网逆变器直流母线低频纹波抑制电路及方法

说明书

本发明一种两级双有源桥并网逆变器直流母线低频纹波抑制电路及方法，包括第一双有源桥模块和第二双有源桥模块和单相并网逆变器，直流电源V_in正极接第一双有源桥模块和第二双有源桥模块的输入正极，直流电源V_in负极接第一双有源桥模块和第二双有源桥模块的输入负极，第一双有源桥模块的输出正极接单相并网逆变器INV直流母线正极，第一双有源桥模块的输出负极接第二双有源桥模块输出正极，第二双有源桥模块输出负极接单相并网逆变器INV直流母线负极，单相并网逆变器输出接单相交流电网V_grid；通过差异化母线电容，设计电容电压纹波互补算法实现单相并网逆变器直流母线低电压纹波，同时阐明了母线电容容值的优选策略，便于工程应用。

技术领域

本发明属于新能源光伏、燃料电池等分布式发电领域，具体涉及一种两级双有源桥并网逆变器直流母线低频纹波抑制电路及方法。

背景技术

在光伏、燃料电池等新能源发电系统中，两级结构隔离型单相并网逆变器将低压直流电转换为高压交流电汇入电网。其中，前级隔离型DC-DC变换器满足宽输入电压范围调节，后级DC-AC逆变器保证高质量并网控制，在新能源发电领域得到了广泛应用。但其恒定直流输入功率和交变输出功率之间的瞬时功率差异导致系统中存在二次谐波功率，在输入侧和直流母线上分别产生低频纹波电流、低频纹波电压。输入低频纹波电流使燃料电池所需容量增大、系统成本上升；使太阳能电池在最大功率点附近震荡，能量利用效率降低。此外，直流母线低频纹波电压使逆变器输出电能质量恶化，难以满足并网技术要求。增大母线电容可减小低频纹波电压，电解电容具有体积小、成本低的高储能密度优势，但是其寿命只有1～2年；薄膜电容的寿命约为电解电容的3～5倍，然而其成本和体积是电解电容的10倍。新能源并网设备为满足运行年限要求，不惜成本采用薄膜电容设计。因此，有效抑制母线低频纹波，减小母线容值需求具有显著的工程应用价值。

解决两级式单相并网逆变器中低频纹波问题的现有方案大体可以分为两类：无源功率解耦技术和有源功率解耦技术。无源功率解耦增大无源元件来缓冲系统的低频纹波能量。一种方法是通过增大直流母线电容容值C来降低电压纹波；另一种方法是利用谐振频率为二倍纹波频率的LC滤波器吸收低频纹波电流。然而，该技术所需电感值和电容容值极大，不满足电能变换装置低成本、小型轻量化的应用发展需求。

有源功率解耦技术利用电路本身或者控制算法实现对低频纹波电压抑制，减小电容或电感需求。其中拓扑型有源功率解耦技术引入额外的小容量变换器来吸收低频纹波能量，但该类方法成本、体积和功率损耗较大。基于控制算法的有源功率解耦技术在不改变原有电路的基础上，通过优化控制算法降低二倍频纹波能量对电感或电容的影响，二倍频纹波功率仍在主电路流动，此类技术对直流变换器拓扑依赖性强，控制算法复杂，需要较多储能元件和控制自由度。

综上所述，两级式单相并网逆变器中亟待一种广泛适用、控制逻辑简单、低成本小型轻量化的低频纹波抑制方案。

发明内容

本发明的目的在于针对两级式单相逆变器低频纹波问题，提供一种两级双有源桥并网逆变器直流母线低频纹波抑制电路及方法，该电路是具备母线低频纹波主动抑制能力的模块化双有源桥(DAB)并网逆变器主电路。该设计在实现电路基本功能的同时，避免低频纹波能量对直流侧和交流侧的不利影响，大幅度降低直流母线电容需求，兼得母线小容值和低电压纹波的综合性能优势。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种两级双有源桥并网逆变器直流母线低频纹波抑制电路，包括第一双有源桥模块DAB1和第二双有源桥模块DAB2和单相并网逆变器INV，第一双有源桥模块DAB1和第二双有源桥模块DAB2采用输入并联输出串联结构；