[发明专利]光伏逆变器电感的补偿控制方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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侧：

在DC/DC侧,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。

铁非晶材料以其极高的抗饱和特性(Bs>1.5T)且高频损耗优于铁硅铝的特点，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μm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ΔB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ΔB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ΔB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。