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逆變器的消諧控制技術(shù)
光伏逆變器是光伏系統(tǒng)非常重要的一個(gè)設(shè)備,主要作用是把光伏組件發(fā)出來(lái)的直流電變成交流電,除此之外,逆變器還承擔(dān)檢測(cè)組件、電網(wǎng)、電纜運(yùn)行狀態(tài),和外界通信交流,系統(tǒng)安全管家等重要功能。在光伏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB32004-2013中,逆變器有100多個(gè)嚴(yán)格的技術(shù)參數(shù),每一個(gè)參數(shù)合格才能拿到證書。國(guó)家質(zhì)檢總局每一年也會(huì)抽查,對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品的保護(hù)連接、接觸電流、固體絕緣的工頻耐受電壓、額定輸入輸出、轉(zhuǎn)換效率、諧波和波形畸變、功率因數(shù)、交流輸出側(cè)過(guò)/欠壓保護(hù)等9個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了檢驗(yàn)。一款全新的逆變器,從開發(fā)到量產(chǎn),要兩年多時(shí)間才能出來(lái),除了過(guò)欠電壓保護(hù)等功能外,逆變器還有很多鮮為人知的黑科技,如漏電流控制、散熱設(shè)計(jì)、電磁兼容、諧波抑制,效率控制等等,需要投入大量的人力和物力去研發(fā)和測(cè)試。諧波不但沒有用途,還有十分嚴(yán)重的危害。由于大部分設(shè)備都是包括電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的感性設(shè)備,只能吸收基波,高次的諧波會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量或者振動(dòng),造成電氣設(shè)備過(guò)熱、并使絕緣老化,使用壽命縮短,甚至發(fā)生故障或燒毀;在電力傳送過(guò)程中,諧波由于頻率高,產(chǎn)生的阻抗大,因此會(huì)多消耗電能,造成電能生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低;諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振,使諧波含量放大,造成電容器等設(shè)備燒毀,或者某些頻段的設(shè)備不能正常工作;諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作,使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對(duì)于電力系統(tǒng)外部,諧波對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。逆變器通過(guò)改變壓縮機(jī)的速度以響應(yīng)冷卻需求,使裝置能夠連續(xù)調(diào)節(jié)其冷卻和加熱能力。由于壓縮機(jī)的速度不能改變,傳統(tǒng)的空調(diào)要么以最大能力工作,要么關(guān)閉。變頻空調(diào)使用變頻驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制電機(jī)的速度,從而控制壓縮機(jī)的速度。消除停止-啟動(dòng)循環(huán)可提高效率,延長(zhǎng)組件的使用壽命,并有助于消除空調(diào)對(duì)電源施加的負(fù)載的急劇波動(dòng)。直流逆變器:與交流定速壓縮機(jī)相比,數(shù)字技術(shù)為直流變頻壓縮機(jī)提供了卓越的控制和成本效率。對(duì)臭氧無(wú)害的壓縮機(jī)的超精確旋轉(zhuǎn)可節(jié)省高達(dá) 20% 的電力,并且運(yùn)行更安靜。
直流混合逆變器,高節(jié)能控制,高功率因數(shù)控制,直流電機(jī),直流雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī),節(jié)能,雙回轉(zhuǎn)氣缸,低噪音和低振動(dòng),節(jié)能(低轉(zhuǎn)速:小于 30 rps),高可靠性(軸負(fù)載低),適用于R-410A。提高開關(guān)頻率:逆變器的開關(guān)頻率越高,控制帶寬越寬,對(duì)于寬范圍的電流諧波抑制更充分,為保證穩(wěn)定性,逆變器的控制帶寬通常取開關(guān)頻率的1/10左右。逆變器控制算法中輸出電壓為正弦波,當(dāng)經(jīng)過(guò)逆變器調(diào)制輸出PWM波有畸變時(shí),將影響逆變器的輸出諧波與控制效果。提高開關(guān)頻率與輸出PWM電平數(shù)有助于降低PWM波形的畸變率。并機(jī)諧波抵消能力:1個(gè)方陣多臺(tái)組串式逆變器距離升壓變壓器距離不一樣,線路阻抗會(huì)有差異。線路阻抗會(huì)等效改變并網(wǎng)LCL濾波器中的電感,不同的濾波器參數(shù)會(huì)改變諧波的相位。當(dāng)多臺(tái)組串式逆變器并聯(lián)工作時(shí),諧波成分將會(huì)由于相位的差異而部分相互低消,降低系統(tǒng)整體的諧波值。消除諧波的軟件控制技術(shù):由于逆變器采用高速度的數(shù)字處理器,可以采用很復(fù)雜的算法,如重復(fù)控制的電流控制器算法,原理是任何周期性的信號(hào)都可以分解為直流、基波以及各次諧波之和,因此只要在控制系統(tǒng)的前向通道中在這些頻率處加入無(wú)窮大的增益,就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些頻率處指令的無(wú)靜差跟蹤和擾動(dòng)抑制。對(duì)逆變電源的開關(guān)管進(jìn)行高頻PWM調(diào)制,使逆變器輸出為高頻等幅的PWM波,通過(guò)改變逆變電源主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),在主電路上進(jìn)行波形重構(gòu)以實(shí)現(xiàn)階梯波形輸出,減小低階高次諧波含量。對(duì)于高頻PWM調(diào)制來(lái)說(shuō),開關(guān)頻率越高,諧波含量越小,但開關(guān)損耗也越大,故不宜用在大功率逆變電源中。而波形重構(gòu)方式往往需要多個(gè)逆變器來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的疊加。波形重構(gòu)的級(jí)數(shù)越多,出現(xiàn)的最低諧波次數(shù)越高,但主電路和控制電路也越復(fù)雜,相應(yīng)地控制難度也越大,輸出電壓的調(diào)節(jié)也不甚方便,因此這種方式通常只在大功率逆變電源中采用。理論分析表明,早在1973年提出的消諧控制策略[1][2]能有效地克服上述問(wèn)題,它只需要較少的開關(guān)脈沖數(shù)即可完全消除容量較大的低階高次諧波,取得很好的濾波效果,具有開關(guān)頻率低、開關(guān)損耗小、電壓利用率高、濾波容量小等許多優(yōu)點(diǎn),是實(shí)現(xiàn)逆變電源PWM控制的理想方法。然而該方法經(jīng)過(guò)近二十年的研究至今仍未實(shí)際應(yīng)用,其主要原因是消諧模型的求解復(fù)雜,在消諧方法的研究上,迄今為止還是停留在模型的算法研究上,而對(duì)消諧模型的具體實(shí)現(xiàn)方法很少開展研究工作。由于人們受到陳舊觀念的束縛,在實(shí)現(xiàn)方法上,理所當(dāng)然地認(rèn)為逆變電源的控制系統(tǒng)應(yīng)由MCU或單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn),因而研究的主要焦點(diǎn)是如何在單片機(jī)上完成模型求解的實(shí)時(shí)計(jì)算,由于消諧模型求解過(guò)程的復(fù)雜性,這種設(shè)想是很難實(shí)現(xiàn)的,這也是消諧方法至今未能實(shí)用的主要原因。為了能夠?qū)崿F(xiàn)消諧模型的實(shí)時(shí)計(jì)算,無(wú)論算法如何改進(jìn),如不從根本上另尋算法的實(shí)現(xiàn)方法,即使采用DSP芯片進(jìn)行計(jì)算,也是難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的。