[发明专利]差分式升降压单相逆变器及其功率解耦方法

说明书

本发明公开了差分式升降压单相逆变器及其功率解耦方法，其特征是：包括左侧双向升降压直流变换器、右侧双向升降压直流变换器和交流低通输出滤波电路；左侧双向升降压直流变换器和右侧双向升降压直流变换器输入侧并联，并且共用直流输入源；左侧双向升降压直流变换器和右侧双向升降压直流变换器输出侧差分式连接以获得交流输出，交流输出通过交流低通滤波电路与交流侧连接。本发明在不增加任何电力电子器件的条件下，基于能量平衡对逆变器进行调制，使得两倍工频的功率脉动被左侧和右侧输出滤波电容所吸收。本发明可以使用非电解电容作为输入滤波电容，避免使用电解电容，从而提升了逆变器的功率密度和寿命。

技术领域

本发明涉及微型单相逆变器技术领域，特别涉及一种具有主动功率解耦功能的差分式升降压单相逆变器及其功率解耦控制方法，该逆变器主要应用于交流微电网、小型分布式发电系统和小功率储能系统中。

背景技术

小型发电系统多以单相电为主，故单相逆变器被广泛地应用于小型分布式发电系统中。例如，在小型光伏发电系统中，逆变器的直流侧同光伏模块连接，交流侧同电网连接。这样的连接模式决定了单相逆变器必须同时满足两侧的要求：光伏侧在一定的光照条件下，光伏模块工作在最大功率点处，微逆变器的输入功率恒定；电网侧的电压和电流均为正弦信号，单相逆变器的输出功率是随时间变化的瞬时功率。这样，单相逆变器的电网侧的功率含有很大的两倍工频脉动，同时引起输入侧的两倍工频脉动，从而无法保证输入瞬时功率的恒定，造成光伏利用率的降低和并网电流的畸变。所以，单相并网逆变器需要功率解耦方法来去除输入侧的两倍频脉动功率。

现有技术中通常采用被动功率解耦的方法解决上述问题，即通过在直流输入源与逆变器中间并联大容值的输入滤波电容，利用电容自身特性被动吸收脉动功率以实现逆变器输入与输出的瞬时功率平衡，并保证输入侧直流功率恒定。输入滤波电容容值为：

其中P_PV为逆变器平均功率，ω为电网角频率，V_C为输入滤波电容平均电压，ΔV_C为输入滤波电容电压脉动的峰峰值。以一个200瓦单相逆变器为例，解耦电容的容值需要达到13.9毫法来满足98％的光伏利用率。这时候就必须用容值较大的电解电容，但这种电解电容的工作寿命很有限，在105摄氏度的工作环境下寿命一般在1000到7000小时。与光伏系统其他组件的10万小时以上工作寿命相比，电解电容的寿命是光伏系统中的软肋。