逆变器直流偏磁

变压器直流偏磁怎么产生的？

直流偏磁是指变压器的一种非正常工作状态，是指在变压器励磁电流中出现了直流分量。直流偏磁的产生有很多原因，太阳磁暴也是其中的一种，直流偏磁将导致变压器的温度升高，噪声增加和振动加剧等目题，在变压器运行中必须引起注意。在高压直流输电过程中，直流偏磁电流的产生原因有两种，一种是由于太阳磁暴产生的地磁感应电流，这种地磁感应电流的频率很低，一般情况下，这种地磁感应电流的频率为0．01一O．1Hz，相对于工频电流来说，可以作为准直流电流来处理；另一种是交直流电网共同运行的时候，尤其是当高压电网采用单极大地回路方式运行的时候，由于各个接地点之间存在一定的电位差，这个电位差会使褥从变压器一次侧的中性线向变压器注入一定的直流电流。这些直流电流对于电力变压器的运行会产生很大的影响

什么是直流偏磁？对变压器有何危害？

直流偏磁是造成变压器振动加剧的主要原因。虽然人们对直流单极大地回路运行方式的负面影响有所认识，然而在南方电网发生的变压器振动加剧的事件表明这种“影响”比预期大。
从现场监测数据可知，变压器的振动噪声与谐波随着中性线直流电流的增加而增大，而中性线直流电流的大小大致与单极大地运行方式下的直流线路送电功率、直流线路的极性有关。
这一现象可以用大家熟悉的变压器铁心饱和磁化特性来解释：流经绕组的直流电流成为变压器励磁电流的一部分，该直流电流使变压器铁心偏磁，改变了变压器的工作点，使原来磁化曲线工作区的一部分移至铁心磁饱和区，结果总励磁电流变成尖顶波，最终导致变压器振动增大。

单相半桥逆变电路为何无直流偏磁现象?全桥电路中又如何防止?

相对半桥逆变器而言，全桥逆变器的开关电流减小了一半，因而在大功率场合得到了广泛应用。在全桥逆变器中，为实现输入输出之间的电气隔离和得到合适的输出电压幅值，一般在输出端接有交流变压器。在全桥逆变器中，因各种不可预见的因素，会导致输出变压器存在直流分量，引起单向偏磁现象。偏磁可以说是全桥逆变器中的一种通病，只是在不同的场合严重程度不同而已。变压器的偏磁，轻则会使变压器和功率半导体模块的功耗增加，温升加剧，变压器机械噪音大（变换器开关频率或调制频率在音频范围内时），严重时还会损坏功率模块，直接威胁到系统的正常运行。
(1)是功率器件的选择，尽量选择同一批次的功率管。要留有足够的电流余量，防止电流过大。增大了散热面积，有利于降低管子的温升。
(2)适当在变压器磁路中留有气隙，使之在电路不平衡的状态下，磁通不至于饱和。
在设置气隙后，若允许将励磁电流之值增大为原边绕组的电流幅值，
(3)工作磁密不宜取得过大，保守的取。可在一定程度上有效的防止合闸时变压器出现的磁饱和现象，同时也有利于抑制偏磁现象。

逆变器直流分量故障怎么处理？

直流电流注入电网会产生极大危害。直流电流注入电网，首先影响的就是各级变电站中的变压器设备。直流电流的注入会引起变压器的直流偏磁。直流偏磁导致变压器励磁电流和谐波电流的急剧增加，可能引起变压器铁心磁饱和，导致铁心的磁致伸缩。同时在周期性变化的磁场作用下，硅钢片会改变尺寸，引起振动和噪声；而磁致伸缩产生的振动是非正弦波的，变压器噪声的频谱中含有多种谐波分量，并且随着磁通密度的增大而增大。直流偏磁引起的高振动对变压器的危害很严重，可能会引起变压器内有关部件的松动，进而威胁变压器的安全运行。由直流偏磁引起的谐波电流是危害性很大的偶次谐波电流，电能质量规范中有关偶次谐波电流的规定比奇次谐波更加严格。直流电流并入电网，还可能直接供应给交流负载，直流分量会造成电流的严重不对称，损坏负载。

在理想情况下，逆变器的输出电压和输出电流都是标准的交流信号，不存在直流分量问题，因此在并网逆变器的设计中往往忽略这方面的问题。而工程实际中，直流分量注入已经成为光伏并网发电装置的一个重要指标。IEEE Std 929-2000和IEEE Std1547-2003明确规定，并网发电装置向并网注入的直流电流分量不能超过装置额定电流的0.5%。

逆变器的输出电流中直流分量的原因有两种类型：一种是可控的，另一种是不可控的。以电压型逆变器为例，由于同一半桥上下两个器件不能同时导通，为此通常要在开关信号中加入死区时间，即让需要关断的器件先关断，关断以后再开通需要开通的器件。死区时间的加入，使原本应该完全互补工作的两个器件实际上并非完全互补，这就造成了输出电压/电流的不平衡，也就产生了直流分量。上述例子是电压型变流器，对于电流型变流器也存在类似问题。电流型变流器为了保证直流侧电感有续流通道，电流型变流器同一半桥上下两个器件在换流时刻还必须同时导通一定时间，即所谓叠流时间，叠流时间也同样会产生直流分量。这种由死区(叠流)时间造成的直流分量可以通过减小死区(叠流)时间或采用无死区(叠流)工作方式加以抑制乃至消除，因此这种类型的直流分量是可以控制的。除了死区以外，基准信号中的直流偏置、控制电路中运算方法器的零漂等都属于这种造成直流分量的原因。

在理想情况下，各开关器件的动静态工作特性完全一致，电路中的线路阻抗也完全对称，没有寄生参数和寄生电磁场的影响。而在工程实际中，上述理想状态是根本不存在的。最典型的就是器件特性的分散性。即使是同一流水线上同一批次生产的两只器件，也不可能做到其动静态特性完全一致。四个器件的开关时间、导通电阻等不可能完全一致，因此必然会造成输出信号中有直流分量存在。这种原因造成的直流分量是无法彻底消除的，也不是通过简单的手段就能控制的。

解决直流分量注入问题的一种方法是采用可以直接屏蔽直流分量的逆变器拓扑结构。半桥逆变电路就是这样一种电路结构。在半桥逆变器中，由于电容的隔直作用，输出电压中的直流分量(不论何种原因产生)都会被自动平衡，因此不会发生变压器的直流偏磁和磁饱和问题。

半桥电路虽然能够解决直流分量注入和共模漏电流的问题，但其开关的利用率较低。要想达到与全桥逆变器相同的输出功率，其直流侧电压必须提高一倍。而单相全桥逆变器是中小功率电力电子装置中应用最为广泛也最为成熟的。大量的直接并网光伏逆变器产品采用这种拓扑。因此在不改变拓扑结构的基础上，寻求新的控制策略解决直流分量注入问题就非常有必要。

首先假设电流给定Iref中含有直流分量，采用无虚拟电容的控制算法，逆变器输出电流及其频谱无虚拟电容时，闭环系统不能消除由给定电流造成的直流分量。其他条件不变时，采用有虚拟电容的控制算法，逆变器输出电流及其频谱直流分量已经被完全消除。

再假设电网电压中含有直流分量，采用有虚拟电容的控制算法，逆变器输出电流及其频谱，输出电流中没有直流分量。即使电网电压中含有直流分量，也能够采用虚拟电容法消除输出电流中的直流分量。

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