级联H桥储能变流器直流侧纹波电流协同抑制方法.pdfVIP

第48卷第24期2024年12月25日Vol.48No.24Dec.25,2024

DOI：10.7500/AEPS20240329003

级联H桥储能变流器直流侧纹波电流协同抑制方法

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胡顺全，陈阿莲，刘通，卢家璇，申钰齐，李强

（1.山东大学控制科学与工程学院，山东省济南市250061；2.山东大学电气工程学院，山东省济南市250061；

3.新风光电子科技股份有限公司，山东省济宁市272500）

摘要：H桥模块（单相变流器）作为级联储能变流器的基本单元，其固有功率变换特性会导致直流

侧产生大量纹波电流，严重威胁交流侧电能质量和储能电池寿命。文中在全面分析纹波电流产生

机理的基础上，提出一种基于串-并联滤波器的级联H桥变流器协同抑制方案，有效提高直流侧电

流质量。通过分析无源参数的阻抗特点，给出了双LC滤波器参数配置方案，使所提滤波器既能吸

收二倍频纹波电流，又能吸收高频纹波电流。同时，提出一种改进的三次谐波注入法，进一步减小

直流侧纹波电流。最后，仿真和实验结果验证了所提方案的有效性。

关键词：储能变流器；电能质量；级联H桥；低频纹波电流；电池；无源滤波；三次谐波注入

0引言然而，由于级联H桥储能变流器中每个模块为

H桥逆变器（单相逆变器）拓扑结构，在电能转换过

随着新能源发电规模的快速增长，新能源发电

程中会不可避免地产生包含二倍基波电压频率的脉

带来的波动性和间歇性问题日益突出，严重影响电［12］

［1］动功率。由于电池单元的电压特性接近于恒压

网的安全稳定运行。为提高新能源发电的可靠性

源，电池电流会表现出大量二倍频纹波电流分量。

与利用率，储能技术应运而生。相较于传统储能技

一方面，会导致电池频繁的电荷吞吐而引起温升，甚

术，新型储能技术具有高效性、可靠性、灵活性和环

至对电池寿命产生不可逆的影响［13-14］；另一方面，会

境友好等特点，逐渐成为新能源电站的标配。尤其

增大传感器的采样噪声，导致电量计算失准，使电池

是以锂电池为代表的新型储能系统，已经广泛应用

［1-2］荷电状态（stateofcharge，SOC）估计困难［15-16］。

于风光场站、零碳园区等场景。

为抑制单相逆变器直流侧的二倍频纹波电流，

储能变流器作为新型储能系统的关键核心装

［3］国内外的研究聚焦于无源和有源两大主要方

置，是储能电池与电网系统间的重要枢纽。储能

向［17-27］。无源策略通过增加无源元件来实现。例

变流器的拓扑结构主要包括单级DC/AC结构、多

［4-5］如，文献［17-18］提出增大直流侧电容方案，文献

级DC/DC+DC/AC结构和级联H桥结构。单

［19］采用LC滤波器方案。无源策略具有结构简单

级和多级结构主要适用于低压场景，