1. Leistungsfaktorkorrektur (PFC)
Die Leistungsfaktorkorrektur (PFC) dient dazu, den Leistungsfaktor eines Stromsystems zu verbessern, Blindleistung zu reduzieren und die Effizienz der Stromnutzung zu steigern. Es gibt zwei gängige PFC-Algorithmen: Durchschnittsstrommodussteuerung und Spitzenstrommodussteuerung.
Die Durchschnittsstrommodussteuerung passt den PWM-Arbeitszyklus zu Korrekturzwecken an, indem sie den Durchschnittswert des Eingangsstroms erkennt und mit einem Referenzwert vergleicht. Mit dieser Methode können die harmonischen Komponenten des Stroms effektiv reduziert und die Qualität des Eingangsstroms verbessert werden.
Die Spitzenstrommodussteuerung hingegen passt den PWM-Arbeitszyklus an, indem sie den Spitzenwert des Stroms erkennt und mit dem Referenzwert vergleicht. Im Vergleich zur Durchschnittsstrommodussteuerung hat die Spitzenstrommodussteuerung eine schnellere Reaktionszeit, ist jedoch empfindlicher gegenüber Rauschen.
2. LLC-Resonanzkonverter
Der LLC-Resonanzwandler ist eine Art von DC-DC-Wandler mit hoher Wirkung, der in der Zwischenschaltung des PV-Wechselrichters weit verbreitet ist.
Frequenzregelung: Der LLC-Resonanzkonverter verwendet üblicherweise die Methode der Frequenzregelung, d. h. die Ausgangsspannung wird durch Anpassen der Schaltfrequenz geregelt. Die Hauptaufgabe des DSP besteht in der Realisierung eines hochpräzisen Frequenzregelungsalgorithmus, um den stabilen Betrieb des Resonanzkonverters unter unterschiedlichen Lastbedingungen sicherzustellen.
Die Strommodussteuerung wird auch in LLC-Resonanzwandlern verwendet, um die Schaltfrequenz anzupassen, indem der Resonanzstrom erkannt und mit einem Referenzwert verglichen wird. Diese Methode kann Laständerungen besser bewältigen und die dynamische Reaktion des Systems verbessern.
3. BUCK-Konverter
Der BUCK-Wandler ist ein Abwärts-DC-DC-Wandler, der häufig zur Spannungsregelung in PV-Systemen verwendet wird. Sein Steueralgorithmus umfasst hauptsächlich Spannungsmodussteuerung und Strommodussteuerung.
Die Spannungsmodussteuerung passt den PWM-Arbeitszyklus an, um eine stabile Ausgabe aufrechtzuerhalten, indem sie die Ausgangsspannung erkennt und mit dem eingestellten Wert vergleicht. Diese Methode ist einfach zu implementieren, aber die Reaktion auf Änderungen der Eingangsspannung und der Last ist langsam.
Die Strommodussteuerung passt den PWM-Arbeitszyklus an, indem sie den Induktorstrom erkennt und mit einem festgelegten Wert vergleicht. Im Vergleich zur Spannungsmodussteuerung kann die Strommodussteuerung schneller auf Änderungen der Eingangsspannung und -last reagieren und so die dynamische Leistung des Systems verbessern.
4. BOOST-Konverter
Der BOOST-Wandler ist ein DC-DC-Wandler vom Boost-Typ, der verwendet wird, um die niedrige Spannung der PV-Zelle auf die vom Wechselrichter benötigte Gleichspannung anzuheben. Sein Steueralgorithmus ähnelt dem des BUCK-Wandlers und besteht hauptsächlich aus Spannungsmodussteuerung und Strommodussteuerung.
Die Spannungsmodussteuerung passt den PWM-Arbeitszyklus an, um eine stabile Ausgabe aufrechtzuerhalten, indem sie die Ausgangsspannung erkennt und mit einem festgelegten Wert vergleicht. Obwohl die Realisierung einfach ist, ist die Reaktionsgeschwindigkeit relativ langsam.
Die Strommodussteuerung regelt den PWM-Arbeitszyklus, indem sie den Induktorstrom erkennt und mit dem eingestellten Wert vergleicht. Der Vorteil liegt in der schnellen Reaktionsgeschwindigkeit, die besser mit den Änderungen der Eingangsspannung und der Last zurechtkommt.
5. Phasenschieber-Vollbrücke (PSFB)
Der Phasenschieber-Vollbrücken-Wandler (PSFB) ist ein hocheffizienter DC-DC-Wandler, der häufig in Hochleistungs-PV-Wechselrichtern verwendet wird. Seine Hauptfunktion besteht darin, sanftes Schalten zu ermöglichen und Schaltverluste durch Phasenschiebersteuerung zu reduzieren.
Die Phasenverschiebungssteuerung ist das Herzstück des PSFB-Konverters, der die Ausgangsspannung durch Anpassen der Phasendifferenz der Brückenarme steuert. Der DSP muss komplexe Phasenverschiebungssteuerungsalgorithmen implementieren, um sicherzustellen, dass der Konverter unter verschiedenen Lastbedingungen stabil arbeitet.
Die Strommodussteuerung kann auch auf den PSFB-Konverter angewendet werden, um den Phasenverschiebungswinkel anzupassen, indem der Strom erkannt und mit einem festgelegten Wert verglichen wird. Dieser Ansatz verbessert die dynamische Reaktion und Stabilität des Systems.
6. Wechselrichtersteuerung
Die Hauptfunktion eines Wechselrichters besteht darin, Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, der an das Netz oder an die Last abgegeben wird. Gängige Wechselrichter-Steuerungsalgorithmen sind SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation), SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation) und Multilevel-Steuerung.
Die SPWM-Steuerung erzeugt eine PWM-Wellenform durch Vergleichen eines sinusförmigen Referenzsignals mit einem hochfrequenten Trägersignal zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom. Die Aufgabe des DSP besteht hierbei darin, ein hochpräzises SPWM-Signal zu erzeugen und es in Echtzeit anzupassen.
Die SVPWM-Steuerung erzeugt PWM-Signale mit der Raumzeigermethode. Im Vergleich zur SPWM-Steuerung kann die SVPWM die Gleichspannung effizienter nutzen und die Ausgangsleistung des Wechselrichters verbessern. Der DSP muss den komplexen SVPWM-Algorithmus implementieren, um eine effiziente und stabile Wechselrichterleistung sicherzustellen.
Die Mehrebenensteuerung wird häufig in Mehrebenen-Wechselrichtern verwendet, um durch Mehrebenen-Modulationstechniken eine höhere Ausgangsspannung und geringere harmonische Verzerrungen zu erreichen. Der DSP muss die Steuerung mehrerer Kaskadenmodule koordinieren, um die Gesamtleistung und Stabilität des Systems sicherzustellen.
7. Wichtige Steuerungslink-Technologien
Zusätzlich zu den oben genannten grundlegenden Steuerungsalgorithmen sind einige wichtige Steuerungsverbindungstechniken an der Entwicklung von DSP für PV-Wechselrichter beteiligt, wie z. B. ANPC-Steuerung, DPWM-Steuerung, schwache Netzsteuerung und bestimmte Techniken zur Beseitigung von Oberwellen.
Die ANPC-Steuerung (Active Midpoint Clamping) ist eine hocheffiziente mehrstufige Wechselrichter-Steuerungstechnik, die durch aktive Klemmelemente eine höhere Ausgangsspannung und geringere harmonische Verzerrung erreicht. Der DSP muss den ANPC-Algorithmus implementieren, um einen effizienten und stabilen Betrieb des Systems zu gewährleisten.
Die DPWM-Steuerung (Digital Pulse Width Modulation) realisiert die PWM-Steuerung durch digitale Signalverarbeitung. Im Vergleich zur herkömmlichen analogen PWM weist DPWM eine höhere Präzision und Stabilität auf. Der DSP muss den hochpräzisen DPWM-Algorithmus implementieren, um den effizienten Betrieb des Wechselrichters sicherzustellen.
Schwache Netzsteuerung: In einer Umgebung mit schwachem Netz, in der die Netzspannung stark schwankt, muss der PV-Wechselrichter über eine stärkere Entstörungsfähigkeit verfügen und der DSP muss komplexe Algorithmen zur schwachen Netzsteuerung implementieren, um einen stabilen Betrieb des Systems während Netzschwankungen zu gewährleisten.
Mithilfe einer speziellen Technologie zur Oberwellenbeseitigung werden Oberwellenanteile in der Ausgangsspannung durch spezielle Algorithmen eliminiert, um die Stromqualität zu verbessern. Der DSP muss präzise Algorithmen zur Oberwellenanalyse und -beseitigung implementieren, um die Reinheit der Ausgangsspannung sicherzustellen.