一种光伏逆变器交错移相的控制方法及光伏逆变器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光伏逆变器的控制方法及逆变器，具体的涉及一种交错移相的控制方法。
【背景技术】
[0002]资源有限、污染严重的传统石化燃料能源正在一天天减少，于是资源无限、清洁干净的可再生能源成为人们关注的焦点。其中太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其永不枯竭、无污染、不受地域资源限制等优点，正得到迅速的推广应用。根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能的光伏技术是一项非常重要的技术，能够实现人类向可持续的全球能源系统转变。国际上普遍认为，在长期的能源战略中，太阳能光伏发电在太阳能热发电、风力发电、海洋发电、生物质能发电等许多可再生能源中具有更重要的地位。预计到2030年光伏发电在世界的总发电量中将占到5%~20%。
[0003]太阳能光伏发电技术正在全世界获得越来越广泛的应用。欧盟希望能够在2010年安装3GW(百万千瓦)的光伏发电装置，在2030年安装的光伏发电装置可能增加到200GW左右，全世界可能会达到1000GW，占世界发电总量的4%。到2030年，光伏发电将会在发展中国家的乡村大规模普及，为I亿多个家庭供电，这将对今天尚不能用上电的17亿人口中的5亿人的生活产生积极影响。预计到2010年中国的光伏发电累计装机容量将达到600MWP, 2020年累计装机将达到30GWP，2050年将达到100GWP。根据电力科学院的预测，到2050年中国可再生能源发电将占到全国总电力装机的25%，其中光伏发电占到5%。独立供电和并网发电是太阳能光伏应用的两个主要领域，为边远地区供电的系统、太阳能户用电源系统、通讯信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电站是独立光伏系统。并网光伏发电系统是与电网相连，并向电网馈送电力的光伏发电系统，主要形式有屋顶并网光伏发电系统、沙漠电站系统。并网光伏发电技术是当今世界光伏发电的趋势，代表了 21世纪最具吸引力的能源利用技术。现在，大规模利用太阳能并网发电在许多国家己经成为现实。
[0004]而目前，各种大量不同功率逆变器设备不断投入使用，随着用户对负荷的增加，中小功率的逆变器设备已经无法满足人们对于功率等级的需求。在这种情形下，逆变器的设计面临着许多新的挑战，比如功率的可测性、全负载范围下高效率和高功率密度等。现在，传统的单通道控制的效能已经逐渐发挥到极限，它自身的缺陷，如电感电流纹波过高、开关器件电流应力过大、系统效率低下等，已经使得其不能满足日益苛刻的应用条件。而由于存在体积较大的EMI滤波器和电感，导致能够提高传统单通道控制功率密度的方法十分有限。在这种时，交错并联技术应运而生。
[0005]交错的概念，是在多通道变换器并联基础上，通过采用同一开关频率，控制通道间的相位，从而实现一定的纹波抵消功能。采用交错并联技术时，开关信号上错开了一定的角度，所以使得两相电感电流可以峰谷相填。由此带来的好处是显而易见的:第一，交错并联可以减小输入电流纹波幅值，从而简化EMI滤波器的设计；第二，电流纹波频率的增加允许电路采用更小的滤波电容和升压电感，从而减小整个系统的体积，提升系统的功率密度；第三，交错并联可以使整个系统的热应力更加均匀，进而获得更高的可靠性。同时可以降低系统的热损耗，延长整个系统的寿命。
[0006]交错并联的一个关键的控制策略:移相控制策略。所谓移相控制策略，就是如何通过控制各并联通道之间的导通相位差，达到减小输入电流纹波，进而提高交错效果的控制策略。各通道间移相角度的选取方面，目前反应往往是采取对称角度移相控制，即当对N个通道进行交错控制时，每一相的移相角度为360° /No,目前多数交错并联方案的移相控制均采用对称角度移相，而且实验发现采用对称角度移相控制策略对于减小输入电流谐波效果很好。
[0007]然而在实际中，硬件电路已经确定时，需要通过软件来实现交替移相控制实现，在软件中一般采用软件相移滞后控制策略来实现，如图1中，由于软件相移180°，在程序中需要增加定时器来配置相应驱动产生，同时由于其中一相滞后180°控制，存在控制相移。然而，由于采用相移滞后控制策略控制，系统会存在滞后性，这对系统的稳定性与快速性都将影响，同时由于增加了系统定时器，使得系统资源紧张时，无法采用该方法。
[0008]综上，在降低硬件改动成本，采用软件实现相移180°交错控制是很有必要，然而当前广泛采用在软件中滞后180°，能够实现交错控制，但会增加系统定时器资源，由于采用滞后控制，会带来系统稳定性与快速性方面影响，在恶劣时，甚至会带来系统振荡等问题。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是解决上述现有技术中存在的问题，提出了交错移相的控制方法。在不增加系统定时器资源的前提下，采用基于预测的交错移相的控制方法，合理的利用系统的资源，提高了系统稳定性与快速性。
[0010]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种光伏逆变器N个通道交错移相的控制方法，其特征在于:所述方法包括如下步骤:
步骤1:通过控制单元，计算控制量；
步骤2:根据步骤I产生的控制量，产生交错控制信号；
步骤3:根据系统超前或者滞后预测控制，调整系统交错控制信号的补偿时间；
步骤4:通过数字信号处理器中相应的PffM发生机制，参数相移360° /N波形，进行交错控制。
[0011]优选的，上述N彡2。进一步的，上述N为2。
[0012]进一步的，上述2个通道共用一个定时器，且所述光伏逆变器中配置高低有效电平不同。
[0013]优选的，上述N个通道进行并联时，采用对称角度移相控制策略。进一步的，每一通道路的移相角度为360° /N，
本发明的基本原理是(以2路通道为例):
通过系统原有的控制单元，计算当前所需控制量，
在数字信号处理器(DSP)中，根据预测控制实际控制来调整系统补偿时间，以实现系统不同特性控制策略，在完成预测控制与时间补偿后，通过数字信号处理器(DSP)中相应PffM发生机制，参数相移180°波形，实现交错控制。
[0014]优选的上述，步骤3中超前或者滞后预测控制的补偿时间:
在超前控制过程中，补偿时间为a (N) * Ts =(2*a(N) - a (N-1))* Ts,
在滞后控制过程中，补偿时间为a(N+l) * Ts =(2*a(N+l) - a (N))* Ts0
[0015]进一步的，在滞后时，连续导通时间为(l_a(N))*Ts+ (l_a (N) )*Ts，其后连续关断时间为(3(奸1)+3(奸1))*丁8 ;
在超前时:连续导通时间为(l-a(N-l) )*Ts+ (1-a (N) ) *Ts，其后连续关断时间为(4*a(N)_2*a(N-1)) *Ts。
[0016]优选的，本发明实施例还提供一种利用上述方法的光伏逆变器。
[0017]有益效果:
本发明一种交错移相预测控制与时间补偿方法，通过对控制量实现交错控制，在控制过程中采用预测控制与时间补偿策略，减小输入电流纹波幅值，从而简化EMI滤波器的设计；电流纹波频率的增加允许电路采用更小的滤波电容和升压电感，从而减小整个系统的体积，提升系统的功率密度；整个系统的热应力更加均匀，进而获得更高的可靠性；同时可以降低系统的热损耗，延长整个系统的寿命。本发明解决了交错移相控制在逆变器控制策略中的难点，本发明可以利用到风电逆变器、UPS等所有电力电子拓扑电路中。
【附图说明】
[0018]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将实施例的所包含技术描述中需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图都在本发明的保护范围之内。
[0019]图1为本发明实施例的滞后交错180°控制效果图，
图2为本发明实施例的预测控制交错180°控制效果图，
图3为本发明实施例的滞后控制交错180°控制效果图，
图4为本发明实施例的超前控制交错180°控制效果图，
图5为本发明实施例的未采用交错控制实际测试直流母线电压纹波电流情况，
图6为本发明实施例的交错控制实际测试直流母线电压纹波电流情况，
图7为本发明实施例的交错控制两路驱动及其对应电流波形。
【具体实施方式】
[0020]下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清查、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0021]实施例:
在本发明技术方案的基本思路(以2路通道为例):
两路采用同一个定时器，在程序中设定高低有效电平不同，及修改系统作用时间需在(导通时间为2* (l_a(N))*Ts，其中1-a (N)为导通占空比，Ts为开关周期)。在增减计数方式下，逆变器不考虑导通损耗、关断损耗、二极管与开通管压降等时。按照高电平有效来分析:
一个增减计数过程中，导通时间为2* (l-a(N) ) *Ts，关断时间为2*a(N)*Ts (相反，按低电平有效分析，在实际一个增减计数过程中，导通时间为2* (l_a(N))*Ts，关断时间为2*a(N) *Ts，两者在过程中作用时间是相同的)。
[0022]根据发波方式不同，假设:在下溢中断更新值，
在高电平有效时，连续导通时间为2* (1-a (N) ) *Ts，其后，连续