采用多电平逆变器拓扑提升电动汽车与POWER-SONIC蓄电池储能系统电能质量——综述
2026-06-29 13:16:15 点击： 次
电力需求的继续攀升与传统动力的日益干涸，促进学术界对RES（可再生动力体系）在发电领域的运用展开了广泛研讨。为应对碳排放问题，多国正大规划推行电动汽车以应对全球变暖。随着RES可再生动力发电和电动汽车的普及引发了对电力体系安稳性的忧虑潜在的电网不安稳问题主要源于可再生动力的不可调度特性。一种颇具前景的解决计划是布置BESS这种储能体系可以为电网提供即时支撑。MLI多电平拓扑已成为完成电动汽车高效并网的要害组件BESS并提高电能质量。本文体系总述了近年来MLI拓扑技能的最新进展及其在电动汽车与电池储能体系中的运用。经过对器件数量等功能指标的详细剖析，总谐波失真（THD）本研讨旨在经过归纳剖析多层绝缘结构（MLI）的电气特性、热力学表现及全体效能，确认适用于电动汽车（EV）与电池储能体系（BESS）的优化MLI配备计划。根据近期文献研讨成果与功能评价数据的整合，本总述力求经过要害定性与定量参数的对比剖析，为研讨人员与工程技能人员遴选最适配的MLI拓扑结构提供具有实践价值的辅导结构。
引言
电力需求的继续增长导致传统动力日趋干涸，一起并网的可再生动力(RES)存在电能质量低下的问题[1]。%%此外，为实行《巴黎气候协定》，多国正逐步淘汰传统燃油车并推行电动汽车[2]。这一趋势推动了对大规划可再生动力发电技能的探究[3]。分布式动力资源的并网对电网安稳性提出了新的挑战。%% 规划更小且分散化的电力体系可能会削弱大型集中式发电体系固有的安稳性[4]。为解决这一问题并保持电网安稳，布置电池储能体系(BESS)成为可行计划之一[5]。因而，完成电动汽车与BESS的高效可靠并网对保证电网安稳至关重要。鉴于大多数负载和电网均为交流体系，这促进逆变器技能必须不断发展以完成直流电到交流电的转化。这为开发具有所需频率、调节和功率办理功用的多电平逆变器（MLI）技能铺平了路途，以提高电能质量并从可再生动力（RESs）中提取最大能量，如图1所示[6]。将直流电转化为交流电的逆变器对分布式动力至关重要，因为其产生的是直流电。传统两电平逆变器一般用于小规划工业和低功率运用场景。但是，这些逆变器会产生谐波，且在馈入电网前需运用贵重且笨重的低通滤波器[7]。此外，高电压应力与明显的开关损耗约束了这类变流器在大功率场景中的运用。因而，多电平逆变器（MLI）已成为大功率与中功率转化体系的抱负替代计划。MLI结构概念最早于20世纪70年代初提出，随后逐步发展出多种改进拓扑。得益于其运行成本低、功率高且电磁搅扰小的优势，MLI在各类运用领域继续引发广泛重视[8]。MLI经过降低谐波失真并提高全体电能质量，可以满意日益增长的高功率等级与高电压需求。其经过功率半导体开关的多样化连接方法与单/多路直流电压输入，以低开关频率生成高质量阶梯交流电压，因而在大功率转化体系中备受喜爱[8,9]。
随着多电平逆变器(MLI)拓扑结构的前进，这些逆变器的调制与调控面对新的挑战。多电平逆变器输出的阶梯电压波形含有明显的低次谐波[10]，这些谐波最主要的负面影响包含电压动摇、损耗增加、配备毛病以及对电能质量的危害[11]。依据IEEE规范519-2022[12]，当公共连接点(PCC)电压低于1 kV时，各次谐波与总谐波畸变率(THD)应别离控制在5%与8%以下。IEEE Std. 519-2022进一步表明，随着PCC电压的升高，总谐波畸变率与各次谐波幅值会进一步降低。此外，在开发适用于不同场景的新式多电平逆变器拓扑时，减少元件总数也成为要害考量要素。干流多电平逆变器拓扑可依图2所示进行分类。
本研讨绘制了PRISMA流程图以清晰纳入总述的文献数量（图3所示）。文献筛选规范为2010年至2024年间宣布的学术论文，2010年之前的出版物不予录入。一起排除了书本章节、学位论文数据库录入的文献，以及经过IEEE Xplore、Elsevier等平台宣布的国家级会议论文。
多位研讨者已对不同多电平逆变器(MLI)拓扑结构的功能展开研讨。文献[[13], [14], [15]]作者根据总元件数(TCC)及控制复杂度等要害功能指标，评价了电动汽车运用中MLI拓扑的表现。而文献[[16], [17], [18]]的研讨者则从无功补偿能力、TCC及可靠性视点，体系评述了各类MLI拓扑结构。表1展现了相关前期研讨的文献总述。尽管已有诸多文献讨论MLI拓扑在光伏(PV)运用中的功能，但鲜有研讨从运用视角出发，经过体系的文献研讨来论证前沿MLI拓扑对电动汽车与电池储能体系(BESS)的适用性。
根据表1指出的研讨空白，本文设定如下中心方针：
- •探究机器学习智能体（MLIs）在电动汽车（EVs）与电池储能体系（BESS）等储能领域中的作用。
- •对多电平逆变器（MLIs）拓扑结构的最新进展进行全面总述。
- •经过剖析元件数量、总谐波失真率（THD）和全体功率等功能指标，确认适用于不同运用场景的最优多电平逆变器配备计划。
- •整合近期文献研讨成果与功能评价数据，为研讨人员和从业人员针对特定运用需求选择适宜的多电平逆变器拓扑结构提供决策依据。