学术简报︱单相逆变器低频纹波抑制方法探讨
福州大学电气工程与自动化学院、福建省新能源发电与电能变换重点实验室的研究人员蔡高超、黄炎尧、陈亦文，在2019年第12期《电气技术》杂志上撰文指出，单相逆变器输入侧往往存在低频脉动电流，需要利用很大的电解电容进行滤波，为了取得更好的滤波效果并减小滤波电路参数，有必要采用功率解耦技术解决低频纹波抑制问题。
目前文献报道的单相逆变器低频纹波抑制方法大致分为5种情况：DC级功率解耦、两级式功率解耦、AC级功率解耦、三端口功率解耦和无电解电容功率解耦。本文从电路拓扑、电路参数、解耦效果和控制策略几个方面展开介绍，并对以上几种技术进行了比较和评估，总结各功率解耦技术的优缺点及适用范围。
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。文献[11]和文献[12]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。
文献[13]和文献[14]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，文献[15]仅给出了拓扑结构和实现方法，对于文献[16]和文献[17]所报道的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。
文献[18]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：
1）DC级解耦往往电路结构简单，其中的无源解耦，虽纹波抑制率理想，但对于提升功率密度不理想；而有源解耦，可主动控制解耦电容能量传输，实现二次纹波抑制并使逆变器有较高的功率密度。
2）两级式解耦方法不会额外引入开关管，现有文献所述都是对二倍频纹波实现高阻抗特性，只是各控制策略有所不同，对两级拓扑优点明显，提高了系统的安全性，但不适用于单级逆变器拓扑。
3）AC级解耦技术明显降低解耦电容容值，但控制性能较一般。
4）三端口解耦目前常见的是通过引入耦合端口绕组，控制策略简单，由于存在漏感会导致能量损耗，同时由于耦合电感会增大逆变器体积，影响功率密度，增加设计成本。
5）无电解电容功率解耦策略是通过对主动在输出交流侧注入一定量的倍频谐波，完成二次纹波抑制，提升了逆变器功率密度，但是此方法引入了其他倍频谐波，对逆变器系统带来新的干扰量，有待完善。
6）不同解耦电路对二次纹波的抑制情况和解耦电容容量大小不同，每种方法在成本，控制策略，拓扑复杂度都会存在各种的利弊，可结合自身研究拓扑的情况综合选取解耦技术，讨论内容可为逆变器功率解耦研究提供参考。