簡述逆變技術(shù)發(fā)展

摘 要：逆變技術(shù)通過功率開關(guān)器件將直流電能變換為交流電能，其在電力系統(tǒng)、新能源發(fā)電、不間斷電源、調(diào)速系統(tǒng)等領(lǐng)域具有至關(guān)重要的地位。根據(jù)輸入輸出是否電氣隔離，逆變器可分為非隔離型與隔離型逆變器；根據(jù)功率變換級數(shù)分，逆變器可分為多級式逆變器與單級式逆變器。

關(guān)鍵詞：逆變技術(shù)；電力系統(tǒng)；交流電

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.135

0 引言

人類社會的進步與發(fā)展離不開對能源的使用。進入第二次工業(yè)革命以來，電能被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活中；電能具有高效、方便、清潔等特點，使得電能極大的開發(fā)與應(yīng)用；同時電能更是促進了人類社會生產(chǎn)力的極大提高。然而，人類社會對能源的開發(fā)和利用對環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，環(huán)境問題已經(jīng)成為人類社會發(fā)展的一個重大考驗。如何實現(xiàn)節(jié)約資源、保護環(huán)境、實現(xiàn)長期的可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)今世界各國面臨的重大挑戰(zhàn)。世界能源的消耗有一大部分是以電能的形式體現(xiàn)的，如何提高電能的質(zhì)量、電能的利用效率對節(jié)約能源、保護環(huán)境有重大意義。

電力電子技術(shù)為實現(xiàn)電能的高效變換奠定了基礎(chǔ)。以電力電子半導(dǎo)體器件作為功率開關(guān)輔以微電子芯片和數(shù)字控制技術(shù)的結(jié)合，可以使電能滿足負(fù)載的需求，實現(xiàn)電能的高效、高質(zhì)量變換[1-3]。

電能變換的四大類之一：逆變技術(shù)已廣泛地應(yīng)用到生活、生產(chǎn)等場合。網(wǎng)絡(luò)極大發(fā)展，建立了越來越多的數(shù)據(jù)中心，而數(shù)據(jù)中心往往要求能夠有更高質(zhì)量，更加穩(wěn)定的電源，其核心是逆變器。

太陽能、潮汐能等新能源發(fā)電技術(shù)的核心就包括了逆變技術(shù)。此外，逆變技術(shù)還應(yīng)用于電機傳動調(diào)速領(lǐng)域、電力系統(tǒng)中的高壓直流輸電、小型家用電器等。

1 逆變技術(shù)的發(fā)展

1.1 非隔離逆變技術(shù)

非隔離逆變器電路結(jié)構(gòu)。其核心是一個工頻逆變環(huán)節(jié)，將直流量輸入逆變?yōu)榻涣髁枯敵?，在輸入與輸出側(cè)加入濾波器構(gòu)成由源向負(fù)載提供能量的一個變換器。

根據(jù)輸入源是恒壓源還是恒流源，還可將其分為電壓源型直接變換逆變器和電流源型直接變換逆變器。無隔離逆變器特點：（1）電路結(jié)構(gòu)簡潔，效率高。（2）輸入輸出無電氣隔離；電壓匹配能力弱。

1.2 低頻環(huán)節(jié)逆變技術(shù)

非隔離逆變器電路結(jié)構(gòu)簡潔、性能可靠，但是輸入與輸出之間沒有電氣隔離，不能適用于一些安全要求較高的場合。為了解決直接變換逆變器的不足，在其逆變環(huán)節(jié)與負(fù)載之間加入工頻變壓器實驗輸入與輸出的電氣隔離及電壓調(diào)整。這種逆變方式技術(shù)成熟，性能可靠[3]。

由于變壓器的工作在低頻狀態(tài)，其缺點明顯。（1）變壓器工作頻率低，體積、重量大。（1）系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)差。（3）存在工頻噪音。（4）輸出濾波器工作頻率為工頻，體積、重量大。

1.3 高頻環(huán)節(jié)逆變技術(shù)

（1）高頻隔離型多級式逆變器。高頻隔離多級多逆變器拓?fù)洌@類逆變器前級是一個帶高頻變壓器的DC/DC變換器，直流變換器后級經(jīng)過電容儲能，再經(jīng)一個不隔離的逆變器實現(xiàn)直流輸入到交流輸出，利用高頻變壓器實現(xiàn)輸入與輸出側(cè)的電氣隔離，用高頻變壓器替代了傳統(tǒng)拓?fù)渲械墓ゎl變壓器，減小了逆變器的體積重量。這類拓?fù)渲虚g的DC-DC變換器的可以根據(jù)需要進行選擇，可以是正激式、反激式、推挽式、橋式[1]。這類拓?fù)涞呐c低頻環(huán)節(jié)逆變器拓?fù)湎啾取?）采用高頻變壓器替代工頻變壓器，降低了變換器的體積與重量。2）能量傳輸增加了中間直流儲能環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了前后級控制耦，控制靈活，可靠性高。3）多級能量變換導(dǎo)致了系統(tǒng)的效率低，系統(tǒng)容量受限制。

（2）高頻隔離型單級式逆變器。由于高頻隔離的多級式變換拓?fù)浣?jīng)過多級能量變換，變換器效率低等缺點，發(fā)展出了一種無中間儲能環(huán)節(jié)的高頻隔離型拓?fù)洌磫渭塂C/HFAC/LFAC式拓?fù)洹?/p>

1）電壓型高頻變換器單級變換逆變器。單級變換逆變器又可分為電壓型和電流型兩種。電壓源高頻環(huán)節(jié)逆變器電路結(jié)構(gòu)，其經(jīng)高頻逆變器將直流源變換為高頻交流脈沖輸出，經(jīng)高頻變壓器傳輸?shù)礁边叄俳?jīng)周波變換器和輸出濾波器將高頻交流脈沖變換為工頻交流輸出；這類變換器具有雙向功率流、單級功率變換（DC-HFAC-LFAC）、變換器變換級數(shù)少、效率高等特點。但是高頻變換器寄生參數(shù)漏感會引起變壓器兩邊功率開關(guān)管電壓尖峰，通過適當(dāng)?shù)牟捎糜性大槲坏姆绞脚浜现懿ㄗ儞Q器，可以有效的抑制變壓器漏感引起的電壓尖峰。

2）電流型高頻變換器單級變換逆變器。電流型高頻環(huán)節(jié)逆變器是其于Buck-Boost變換器的構(gòu)成的逆變器拓?fù)?，其包括全橋式，半橋式、推挽式、單管電路。其工作原理有別于電壓型高頻環(huán)節(jié)逆變器，其在每個高頻開關(guān)周期是將輸入能量先存儲于反激變壓器中，然后再將變壓器的能量釋放到輸出側(cè)。相比于電壓型高頻環(huán)節(jié)逆變器，它其有一些獨特的優(yōu)點，如：a）輸出濾波器簡潔；b）周波變換器相比于電壓型的大大簡化，減少了功率開關(guān)數(shù)量；c）由于功率開關(guān)的電流與電路的儲能電流，即輸入輸出電流，易于實現(xiàn)對功率開關(guān)管的過電流保護[2]。高頻隔離型單級式逆變器主要特點：a）輸入輸出電氣隔離，電壓匹配能力強。b）高頻隔離，電路結(jié)構(gòu)簡潔，功率密度高。c）單級功率變換，效率高。

2 結(jié)論

逆變技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個方面，非隔離逆變技術(shù)、低頻環(huán)節(jié)逆變技術(shù)具有電路結(jié)構(gòu)簡潔、性能可靠等優(yōu)點，在過去被廣泛應(yīng)用，但其體積大、性能低等缺點無法克服，將越來越無法適應(yīng)時代的發(fā)展。采用高頻隔離的逆變器技術(shù)相對復(fù)雜，但其功率密度高、性能優(yōu)越，在生產(chǎn)生活中將會被廣泛應(yīng)用。

參考文獻：

[1]孫孝峰，顧和榮，王立喬等.高頻開關(guān)型逆變器及其并聯(lián)并網(wǎng)技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011：1-13.

[2]王兆安.電力電子技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[3]陳道煉.DC-AC逆變技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

作者簡介：陳德燦（1990-），男，福建德化人，碩士研究生，助理工程師，輸電運維中級工，研究方向：輸電網(wǎng)絡(luò)。