[发明专利]可抑制二次纹波和共模漏电流的单相逆变器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种可抑制二次纹波和共模漏电流的单相逆变器及其控制方法，其单相逆变器包括c相功率解耦电路、ab两相全桥逆变电路、交流低通输出滤波电路和共模漏电流抑制电路；c相功率解耦电路和ab两相全桥逆变电路的输入端并联；c相功率解耦电路输出端与交流低通输出滤波电路第一输入端相连接；ab两相全桥逆变电路交流输出端通过交流低通输出滤波电路与交流侧v_o相连接；交流低通输出滤波电路第二输出端通过共模漏电流抑制电路与直流输入源V_in的负极端相连接，实现共模漏电流的抑制；通过将两倍工频的脉动功率导入到功率解耦滤波电容中，实现二次纹波的抑制，其直流侧无需设置大容值电解电容，降低逆变器体积和损耗，提升逆变器功率密度和寿命。

技术领域

本发明涉及单相逆变器技术领域，更具体地说是涉及一种具有主动功率解耦和共模漏电流抑制功能的单相逆变器，该逆变器主要应用于交流微电网、小型分布式发电系统中。

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。因此，单相并网逆变器需要采用功率解耦的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之间并联大容值的输入滤波电解电容作为解耦电容，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；但是电解电容的工作寿命很有限，在105℃的工作环境下，其使用寿命一般在1000到7000小时；与光伏系统其它组件的10万小时以上工作寿命相比，电解电容的使用寿命是光伏系统中的软肋。

近来一些文献提出主动功率解耦的方法，是通过增加功率解耦电路，将两倍工频脉动功率存储于作为储能设备的薄膜电容中，这样，就能将大容值的电解电容替换为容值较小的薄膜电容，从而提高系统的功率密度和可靠性。

在期刊《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》2011年，第26卷第5期，第1430至1443页中刊登的“A high power density single-phase PWM rectifier withactive ripple energy storage”一文中，作者提出了一种具有使用双向Buck-boost结构进行主动功率解耦的H桥整流器，将两倍工频脉动功率导入到解耦滤波电容中。

在期刊《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》2013年，第28卷，第3期，第1308至1319页中刊登的“Active Power Decoupling for High-Power Single-Phase PWMRectifiers”一文中，作者提出了一种具有使用半桥结构进行主动功率解耦的H桥整流器拓扑，根据功率平衡方法将两倍工频脉动功率导入到解耦滤波电容中。

在国际会议《2014IEEE Applied Power Electronics Conference andExposition-APEC2014》的会议论文集中的第89-95页刊登“A novel active powerdecoupling single-phase PWM rectifier topology”一文中，作者提出了一种具有主动功率解耦功能的四开关逆变器拓扑，该逆变器仅在交流侧与直流侧负极端之间增加一个解耦滤波电容，在不增加任何开关器件的基础上将两倍工频脉动功率控制该滤波电容中。