光伏逆变器电感的补偿控制方法技术

本发明专利技术基于光伏逆变器电感的补偿控制方法，通过硬件非线性电感与电流的变化，对其传递函进行相应调整，从而实现非线性特性电感补偿控制，采用当前非线性电感，降低了电感成本、压缩了体积、降低了系统噪音与功耗，提高光伏逆变器并网稳定性与可靠性，提高了系统发电效率。本发明专利技术解决了非线性特性电感在逆变器控制策略中的难点，技术方案可以应用到风电逆变器、UPS等电力电子拓扑电路中。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术基于，通过硬件非线性电感与电流的变化，对其传递函进行相应调整，从而实现非线性特性电感补偿控制，采用当前非线性电感，降低了电感成本、压缩了体积、降低了系统噪音与功耗，提高光伏逆变器并网稳定性与可靠性，提高了系统发电效率。本专利技术解决了非线性特性电感在逆变器控制策略中的难点，技术方案可以应用到风电逆变器、UPS等电力电子拓扑电路中。【专利说明】
本专利技术涉及一种光伏逆变器的控制方法，具体地涉及一种光伏逆变器电感的补偿 控制方法。
技术介绍
人类正面临着能源和环境两大问题，发展可再生的、清洁无污染的替代能源成为 当务之急。太阳能由于其本身的优点越来越受到人们的关注，成为世界各国研究的热点。 太阳能的优势在于：能量巨大，有很大的利用空间；环境不产生污染，是一种清洁 能源；取用不竭，目前太阳还有40亿到50亿年的寿命，对于人类来说，不必顾虑太阳能源的 枯竭；普遍存在且无需采掘和运输。 目前，太阳能发电系统的总体发电效率主要与太阳电池效率、逆变器效率和功率 控制方式有关，在当前逆变拓扑电路中，主要分为DC/DC侧与DC/AC侦h 在DC/DC侦彳，采用Boost电路的光伏逆变器，其功率从1. 5KW?30KW不等，一般 覆盖了住宅用和商用中功率光伏逆变器的各个等级，该电感的效率的高低，直接决定了逆 变器的整机的性能。这样的电感设计需要尽可能小地减小铁损和铜损。为了实现这一目 标简单的方法就是使用非晶类磁性材料，在保持一定的电感量的情况下尽量降低铜线的内 阻，其结果是因用铜量的增加，导致了昂贵的成本。 鉴于Boost升压电感的工作频率为16KHz?20KHz的特点，电感线圈中的损耗除 了直流内阻损耗外，交流高频损耗占有很大的比例。 铁损则主要由磁性材质的特性所决定，为了减少铁损，须优化选取高频损耗特性 好的材料（磁性材料的损耗优劣关系：铁氧体〈非晶〈铁硅铝〈铁硅〈纯铁粉芯）。 铜损包含下列四个方面： (1)有效值电流流经直流内阻的低频直流损耗； (2)高频交流分量引起的导线集肤效应产生的高频交流损耗； (3)绕组层间由于高频电流集肤效应作用引起的接近效果高频损耗； (4)气隙漏磁经过导体形成的涡流损耗。 铁非晶材料以其极商的抗饱和特性（Bs>l. 5T)且商频损耗优于铁娃错的特点，本 应是最好的选择，但非晶磁致伸缩系数非常大，常常伴随较大的噪音；同时，虽然非晶采用 厚度为20多μ m的带材加工而成，带材的涡流损耗非常小，而作为电感磁材料使用时，由于 需要开气隙而不得不切开端面，造成了端面层间的短路。当出现较高的ΛΒ变化（电感大 纹波）时，磁芯被切开的端面会出现大的涡流损耗，造成其实际结果是在相同ΛΒ变化下， 损耗磁芯损耗反而远远高于铁硅铝材料（由此可见，作为升压电感的磁性材料，非晶不一 定是最好的选择）。 众所周知，开关电源高频化最重要的目的就是通过工作频率的高频化，使得电路 中的储能和换能被动元件尽可能地被减小，以到达高效率、低成本、小体积、快响应等的目 的。所以，在保证性能和不增加额外成本的情况下，最大限度地采用小电感量，是光伏逆变 器对Boost电感设计的基本要求和技术发展趋势。 然而，在不改变频率的情况下，减小电感量，虽然可以大幅降低成本，但此时的纹 波电流也随之加大，磁性材料内部的Λ B的增加，除了明显增加了非晶的磁芯损耗外，非晶 气隙中的漏磁的成分的大幅增加，还直接导致周边铜绕线的涡流效应（感应加热原理）。因 此，在使用非晶的设计时，为回避这一问题，不得不靠尽量提高电感量，减小电流纹波来减 轻这一负担，其结果，为提高效率不得不增大电感同时使用大量铜材，这是非晶不利于小电 感量应用的根本原因。 为应对这一问题，一个好的方法就是采用铁氧体+铁硅铝（或高性能铁硅NPF材 料）等方法，通过混合磁路（Hybrid Magnetics),根据光伏逆变器的Boost电流的工作特 点，可以做到既降低了电感量（小体积、低成本要求），又显著改善电感的损耗的目的。 面向欧美的光伏逆变器，必须最大限度地改善欧洲效率nEURO和加州能源效率 η CEC，欧洲效率和CEC综合效率均为电源在不同负荷情况下的综合效率，它们的换算方法 如下： 欧洲效率： Π euro - 〇· 〇3 X Π 5 %+〇· 〇6 X Π ι〇 %+〇· 13 X η 2〇 %+〇· 1 X η 3〇 %+〇· 48 X η 5〇 % +0· 2 X Π 100% 加州能源效率： nCEC = 〇· 〇4χ n10 %+〇· 〇5Χ n20 %+〇· 12Χ n30 %+〇· 2?χ n50 %+〇· 53Χ n75 % +0. 05 X η. 100<,/a 从换算式中可看出，要显著提高其综合效率，就须最大限度地控制好较轻负荷时 的功率损耗。利用混合磁路中不同磁材的特性，通过对其磁路长度、磁阻及绕线匝数等影响 电感特性的诸要素进行优化调节，使之符合L-I直流电感偏置特性，从而可实现欧效改善 与低成本设计的兼顾。 展示出了这种Hybrid Magnetics新型电感的L-I特性，其突出的特点就是在额定 负载时，通过降低额定电感量，人为加大电路中的电流纹波（利用光伏逆变器输入端的大 容量电容"过剩"的高频大纹波能力资源），来完成低内阻且少用铜的设计。另外，当负载逐 渐减轻时，电感量会随之大幅提升，使得此时的磁芯内部的ΛΒ明显下降。这样，一方面减 少了铁损，另一方面局部部位的微小气隙处的漏磁也会大幅减轻，使涡流影响极小。另外， 随着电感量的迅速提升，电感中的高频电流纹波大幅下降，进一步降低了电感电流的有效 值和电流的高频分量，从而使得线圈的直流损耗、集肤效应、接近效应等明显改善。实践证 明，这样的设计可以使逆变器的整机效率，从极轻负载开始就处于高效，直至满载，个别情 况下，较轻负荷的效率还可能在很宽的一个范围内高于满载效率。负载下降时，电感的纹波 电流也明显下降。 Hybrid Magnetics技术的一个基本手法，就是在绕组内部使用有利于产生电感量 和直流偏置特性的高性能铁硅或铁硅铝材料，而在绕组之外，则尽量使用20KHz频率下磁 芯损耗几乎可以忽略不计的高性能铁氧体材料，来尽可能地缩短非绕线部的磁路长度和减 小磁阻，同时避免因空气气隙处的漏磁而产生的导线的涡流损耗。通过这一手法，可以在比 原来非晶型电感量小30?50%的条件下，使得一台5KW的光伏逆变器整机效率提高0. 5? 0.7%以上（即满功率时减少30W左右的电感发热）。 对于功率大的光伏逆变器，因其常常采用双Boost的结构，为此若进一步引入2合 一式的磁集成（Integrated Magnetics)技术，还可以进一步提高效率，降低成本。 磁集成电抗器是由两个独立的电感线圈，分别绕制在磁芯的两个臂上，再通过其 中公用的中间磁路形成磁集成的工作原理。两线圈中流过图示方向的电流时，两线圈所产 生的磁束，会在中间公共部分磁芯里进行磁通量抵消，甚至为零。如果在同一时刻流过线圈 的电流值相接近时，磁芯公共部分的磁通可互相抵消，即便磁芯的有效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏逆变器电感的补偿控制方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1：分别通过测量系统的DC/DC侧及DC/AC侧电感随并网电流变化值，进行拟合建立电感随并网电流变化曲线；步骤2：DSP根据获得的DC/DC侧的电流，通过所述拟合模型获得电感的感值；来调整DC/DC侧系统传递函数；步骤3：DSP根据获得的DC/AC侧的电流，通过所述拟合模型获得电感的感值，来调整DC/AC侧系统传递函数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，廖小俊，舒成维，李世军，包有鹏，金海燕，
申请(专利权)人：江苏兆伏新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32