[发明专利]基于功率预测的反激型微逆变器的低频纹波抑制数字控制装置

说明书

本发明公开一种基于功率预测的光伏反激型微逆变器的低频纹波抑制数字控制装置，其控制对象是反激型光伏微逆变器，数字控制装置采用功率预测调制比计算模块得到反激变换器的调制比，使得反激变换器的输出功率等于期望值，从而抑制光伏电池的输出电流中的低频纹波，并且可以采用容值较小的薄膜电容以延长光伏微逆变器的寿命。本发明的实施可以保证光伏微逆变器实现较低的造价、具有低频电流纹波抑制的能力以及最大化的能量获取率。

技术领域

本发明涉及一种反激型光伏变换器的数字控制装置，属于电力电子变换器控制技术领域。

背景技术

光伏微逆变器作为新能源发电的重要形式受到人们越来越多的重视，其优点包括能量获取率高，可热插拔，冗余性能高。

由于光伏电池输出电压较低，为匹配电网电压，常采用两级式的电路结构，前级实现升压，后级实现并网。光伏微逆变器最常见的形式是以反激电路作为前级功率变换，后级采用SPWM桥式逆变器。

目前光伏电池的设计寿命为25年，而与之配对的微逆变器安装在其背面，工作环境恶劣，因此大大限制了微逆变器的寿命，而影响微逆变器寿命的重要元件就是电解电容。为消除电解电容对寿命的影响，常采用容值较低、寿命更长的薄膜电容取代电解电容，但随着而来的就是在前级变换器的输出端(即直流母线)出现很大的电压波动，这会传导至输入侧，光伏电池输出电流中含有大量的双倍工频的电流纹波，会引起光伏电池发电效率降低以及影响其寿命。为克服这一问题，研究人员提出了很多方法，大致分为硬件电路改进和控制策略改进。增加硬件电路以缓冲输入、输出侧的功率差异将极大的增加光伏微逆变器的成本，这一点对成本要求极高的微逆变器而言是难以接受的；对控制策略的改进目前基本可分为两类：一是在控制环路中增加陷波器以滤除双倍工频纹波分量；另一种是设计谐振控制器以实现在双倍工频纹波除具有极大的增益，以保证闭环控制时，输出电流跟踪其基准值。这两种控制策略实现起来都比较复杂，参数设计需要格外精确，否则容易造成系统不稳定工作。

因此，对以反激电路为基础的光伏微逆变而言，在采用容值较低的薄膜电容后，在不增加成本的基础上，寻找实现简单、易于控制的低频电流纹波抑制策略是非常必要的，本方案由此产生。

发明内容

发明目的：针对现有应用于两级式光伏微逆变器的低频电流纹波抑制策略的不足，本发明提出基于功率预测方法的低频电流纹波抑制策略。通过建立前级变换器输出功率的数学模型，得到期望输出功率的调制比，该调制比可保证前级变换器在一个开关周期内快速跟踪上功率基准值，如果功率基准值恒定，则变换器输出功率恒定，从而作为输入源的光伏电池输出功率恒定，即可实现光伏电池输出电流中不含低频电流纹波分量。基于功率预测方法的低频电流纹波抑制策略具有实现简单、纹波抑制效果好，动态特性快等优点。

技术方案：一种基于功率预测的反激型微逆变器的低频纹波抑制数字控制装置，控制对象是包含了前级反激型电路与后级SPWM逆变器的反激型光伏微逆变器，检测其输入侧的光伏电池电压、光伏电池电流、反激型电路的输入电流以及反激型电路的输出电压；数字控制装置包括模数转换器、(n+1)周期电流预测模块、第一限幅器、最大功率点跟踪模块、第一减法器、比例积分调节器、功率预测调制比计算模块、第二限幅器、零阶保持器、三角波信号发生器和比较器。