[發明專利]光伏逆變器電感的補償控制方法

有效

• 申請號: 201410388083.6
• 申請日: 2014-08-07
• 公開（公告）號: CN104104255B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 張勇;廖小俊;舒成維;李世軍;包有鵬;金海燕
• 申請（專利權）人: 愛士惟新能源技術(揚中)有限公司
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48
• 代理公司: 32103 蘇州創元專利商標事務所有限公司
• 代理人: 孫仿衛

本發明基于光伏逆變器電感的補償控制方法，通過硬件非線性電感與電流的變化，對其傳遞函進行相應調整，從而實現非線性特性電感補償控制，采用當前非線性電感，降低了電感成本、壓縮了體積、降低了系統噪音與功耗，提高光伏逆變器并網穩定性與可靠性，提高了系統發電效率。本發明解決了非線性特性電感在逆變器控制策略中的難點，技術方案可以應用到風電逆變器、UPS等電力電子拓撲電路中。

技術領域

本發明涉及一種光伏逆變器的控制方法，具體地涉及一種光伏逆變器電感的補償控制方法。

背景技術

人類正面臨著能源和環境兩大問題，發展可再生的、清潔無污染的替代能源成為當務之急。太陽能由于其本身的優點越來越受到人們的關注，成為世界各國研究的熱點。

太陽能的優勢在于：能量巨大，有很大的利用空間；環境不產生污染，是一種清潔能源；取用不竭，目前太陽還有40億到50億年的壽命，對于人類來說，不必顧慮太陽能源的枯竭；普遍存在且無需采掘和運輸。

目前，太陽能發電系統的總體發電效率主要與太陽電池效率、逆變器效率和功率控制方式有關，在當前逆變拓撲電路中，主要分為DC/DC側與DC/AC側：

在DC/DC側,采用Boost電路的光伏逆變器，其功率從1.5KW～30KW不等，一般覆蓋了住宅用和商用中功率光伏逆變器的各個等級，該電感的效率的高低，直接決定了逆變器的整機的性能。這樣的電感設計需要盡可能小地減小鐵損和銅損。為了實現這一目標簡單的方法就是使用非晶類磁性材料，在保持一定的電感量的情況下盡量降低銅線的內阻，其結果是因用銅量的增加，導致了昂貴的成本。

鑒于Boost升壓電感的工作頻率為16KHz～20KHz的特點，電感線圈中的損耗除了直流內阻損耗外，交流高頻損耗占有很大的比例。

鐵損則主要由磁性材質的特性所決定，為了減少鐵損，須優化選取高頻損耗特性好的材料(磁性材料的損耗優劣關系：鐵氧體<非晶<鐵硅鋁<鐵硅<純鐵粉芯)。

銅損包含下列四個方面：

(1)有效值電流流經直流內阻的低頻直流損耗；

(2)高頻交流分量引起的導線集膚效應產生的高頻交流損耗；

(3)繞組層間由于高頻電流集膚效應作用引起的接近效果高頻損耗；

(4)氣隙漏磁經過導體形成的渦流損耗。

鐵非晶材料以其極高的抗飽和特性(Bs>1.5T)且高頻損耗優于鐵硅鋁的特點，本應是最好的選擇，但非晶磁致伸縮系數非常大，常常伴隨較大的噪音；同時，雖然非晶采用厚度為20多μm的帶材加工而成，帶材的渦流損耗非常小，而作為電感磁材料使用時，由于需要開氣隙而不得不切開端面，造成了端面層間的短路。當出現較高的ΔB變化(電感大紋波)時，磁芯被切開的端面會出現大的渦流損耗，造成其實際結果是在相同ΔB變化下，損耗磁芯損耗反而遠遠高于鐵硅鋁材料(由此可見，作為升壓電感的磁性材料，非晶不一定是最好的選擇)。

眾所周知，開關電源高頻化最重要的目的就是通過工作頻率的高頻化，使得電路中的儲能和換能被動元件盡可能地被減小，以到達高效率、低成本、小體積、快響應等的目的。所以，在保證性能和不增加額外成本的情況下，最大限度地采用小電感量，是光伏逆變器對Boost電感設計的基本要求和技術發展趨勢。

然而，在不改變頻率的情況下，減小電感量，雖然可以大幅降低成本，但此時的紋波電流也隨之加大，磁性材料內部的ΔB的增加，除了明顯增加了非晶的磁芯損耗外，非晶氣隙中的漏磁的成分的大幅增加，還直接導致周邊銅繞線的渦流效應(感應加熱原理)。因此，在使用非晶的設計時，為回避這一問題，不得不靠盡量提高電感量，減小電流紋波來減輕這一負擔，其結果，為提高效率不得不增大電感同時使用大量銅材，這是非晶不利于小電感量應用的根本原因。