用于氫氣生産的低紋波高效率交流-直流整流器
前言：随着近年來能源結構轉型的推進，風力渦輪機和光伏等可再生能源的全球裝機容量不斷增長，高比例可再生能源的吸納問題變得日益突出。能源儲存技術不僅可以有效緩解可再生能源吸納問題。
還可以提高可再生能源供應的可靠性，作為一種高效能源載體，氫被認為是未來可持續發展中至關重要的能源儲存形式之一。氫與可再生能源的結合越來越受到關注。
基于可再生能源的典型氫制備系統，電解器是一種由低壓高電流直流電源驅動的氫制備裝置。是以，需要一種交直流整流器将電解器連接配接到交流母線。電解器的交直流整流器通常涉及功率因數、效率、輸出紋波和成本等幾個關鍵點。
交直流整流器設計用于高電流低電壓，是以應更加考慮輸出電流的波動。已經對堿性電解器和聚合物電解質膜電解器進行了波動實驗。研究結果表明，整流器産生的電流波動降低了電解器的氫産率。電流波動還可能損壞電解器内部并縮短其使用壽命。減小整流器中的電流波動至關重要。
可再生能源發電裝置，包括風力渦輪機、光伏電池組或其他可再生能源發電裝置，它們将自然資源（如風能或太陽能）轉化為電能。
交流/直流變流器将可再生能源發電裝置輸出的交流電轉換為直流電，以供給電解器使用。電解器通過電解過程将水分解為氫氣和氧氣。電解器由一個低電壓、高電流的直流電源供電，通常是由交直流變流器提供的。
氫氣儲存裝置用于存儲由電解器産生的氫氣，常見的儲氫方法包括壓縮儲氫和液态儲氫。控制系統用于監控和調節整個氫制備系統的運作，確定系統的安全性和效率，這樣的系統利用可再生能源的電能來驅動電解器，通過電解過程産生氫氣。
它可以實作将可再生能源轉化為氫氣，這一高效的能源儲存形式，以便在需要時供應清潔能源。這種基于可再生能源的氫制備系統具有很大的潛力，在可持續發展和能源轉型中扮演重要角色。
整流器-斬波器的傳統電路結構，可以描述為由基于二極管的橋式整流器，和直流-直流轉換器級聯組成。為了滿足高電流輸出的需求，直流-直流轉換器通常采用交錯降壓轉換器。
在這個電路中，輸出電流的波動主要是由直流-直流轉換器的開關操作引起的。當開關管SP1或SP2導通時，電流通過相應的電感LP1或LP2，将能量儲存在磁場中，在此期間，輸出電流增加。
當開關管關閉時，儲存在電感中的能量釋放出來，輸出電流減小，這種開關操作導緻輸出電流中存在一個波動成分。
可以根據交錯降壓轉換器的特性進一步分析波動成分，由于交錯結構的存在，電感LP1和LP2中的波動電流是相位相反的，當一個電感釋放能量時，另一個電感在儲存能量，進而對輸出電流波動産生抵消效應。由于非理想因素如元件容差、寄生元件和電路損耗等，無法實作完美的抵消，導緻輸出電流中存在殘餘波動。
輸出電流波動的幅度受到多種因素的影響，如開關頻率、電感值、電容值和負載條件等，優化這些參數可以幫助最小化電流波動，并提高整流器-斬波器系統的整體性能。
所提出的交流-直流整流器，是一個帶有輔助補償器的整流器-斬波器，輔助補償器是一個串聯連接配接了電容器的降壓電路，串聯電容器Cb隻允許交流電通過輔助補償器。
可以認為輔助補償器為輸出電流波動提供了一條流動路徑。輔助補償器中的降壓電路采用了開關管SC2，而不是傳統降壓電路中的自由輪二極管，還有一個單相逆變器電路和一個單相變壓器，它們形成了一個隔離的交流電源，單相逆變器電路從直流電源UC中提取能量，調制信号um由電流iP産生。單相變壓器的二次側與直流電源UC串聯連接配接。
為了驗證所提出的帶有輔助補償器的整流器-斬波器的有效性，進行了一個120W的實驗原型驗證，整流器-斬波器和輔助補償器的控制算法由DSP(TMS320F28335)實作。
盡管兩種整流器-斬波器都有效地消除了開關波動，但帶有交錯降壓的堆疊整流器-斬波器未能抑制輸出的低頻波動，導緻幅值約為1.4A，帶有輔助補償器的整流器-斬波器成功地抑制了低頻波動，使得輸出電流波動約為0.1A，這些比較結果證明了，所提出的帶有輔助補償器的整流器-斬波器具有卓越的性能。
結論：氫能生産應用的帶有輔助補償器的交流-直流整流器-斬波器。所提出的整流器-斬波器在消除電流波動方面能夠最大限度地提高效率，包括低頻和中頻開關波動。
輔助補償器的應用在整流器-斬波器的輸出上建立了明确的路徑，使得這兩種類型的波動不會傳輸到負載上，對所提出的整流器-斬波器的拓撲結構、控制政策、波動抵消原理和損耗計算進行了理論分析。
