三相并网逆变器的研究

PLECS应用范例（77）：三相T型逆变器（Three-Phase T-Type Inverter）

本演示介绍了一种三相T型逆变器，用于部署Wolfspeed SiC MOSFET的并网应用。T型逆变器类似于三电平中性点箝位（NPC）逆变器，因为它在0V时增加了额外的输出电压电平，从而比标准的两电平逆变器提供了更好的谐波性能。T型逆变器的优点是减少了部分计数和减少了外部开关器件的传导损耗，但缺点是阻断电压降低。演示模型显示了一个额定值为22 kVA的T型逆变器示例，该逆变器将800 V直流母线转换为三相60 Hz、480 V（均方根）配电，用于工业应用。

T型逆变器的热性能受到设备选择、控制器参数和调制方法的影响。在演示模型中，所有12个器件均配置为演示不同Wolfspeed SiC MOSFET的热损耗性能。每个半导体器件被建模为具有定制掩模配置的子系统，每个都有自己的热模型。设备断言（Device Assertions）会检查设备在安全操作区域内的运行情况，并生成警告。

控制器实现的高级示意图如图4所示。图5所示的去耦合同步参考框架电流控制器用于为调制器生成dq电压参考，调制器则将变频器的输出电流调节到所需的设定点。控制器包括直接电流和正交电流的PI调节器，电压参考的相位角由一个简单的同步参考框架锁相环（PLL）测量得到。使用PLL的角度输出，电压参考值被转换为三相电压参考值，并送入一个调制器。调制器的实现可以采用不同的调制方法，包括经典的正弦脉宽调制（SPWM）、空间矢量PWM（SVPWM）、三次谐波注入PWM（THIPWM）、三次谐波零序PWM（THZSPWM）和不连续PWM（DPWM）。

使用提供的模型运行仿真，可以观察到每个相支路的PWM信号、输出交流电流、设备S11和S12的信号以及系统的计算损耗。参数扫描是确定设计决策如何在一系列操作条件下影响变换器性能的有效方法。通过操纵调制方案、开关频率、停滞时间、控制器设定点和控制器增益，可以试验控制器设置。此外，还可以分析设备类型、并联设备的数量以及外部冷却或更大散热器的影响。所有这些设置都会影响损耗行为和系统效率。如果设备在安全操作区域外运行，模拟窗口的右下角将出现一个警告图标，以确定违反了哪些操作标准。

模型重点介绍了用于工业配电网应用的三相T型逆变器。通过简单的设备和控制器设计，突出了PLECS的热建模能力。此模型可用作研究控制器设计对其他拓扑效率影响的示例。

逆变器低电压穿越研究（对称跌落）

电网电压跌落现象在电力系统中普遍存在，其中对称跌落情况指的是在电压跌落期间，电网的三相电压幅度相同且相位保持对称。针对三相对称跌落，本文主要探讨了逆变器在电网电压跌落时的跌落特性及其应对策略。基于国家电网相关技术规定，研究了三相并网逆变器在对称跌落情况下的特性及其采取的措施。

当电网发生对称跌落时，电压跌落幅度为额定电压的20%，并持续1秒。仿真结果表明，在电压跌落瞬间，滤波电抗和电流环控制使得并网电流无法突变，导致输入输出功率不平衡，直流侧功率迅速堆积，直流电压快速上升。若电压环输出缺乏有效限幅措施，输出电流会迅速增大，逆变器相关保护可能会启动，导致脱网。但跌落期间功率稳定，网侧输出电流可增大为原来的5倍。电压恢复瞬间，网侧输出功率突然增大，导致直流电容快速放电，直流侧电压迅速下降，电压环输出很快减小，形成一个功率尖峰。

在电压跌落情况下，光伏并网逆变器的直流侧电压上升，通常情况下，光伏电池板输出功率降至零，功率不再继续堆积，直流侧电压上升至开路电压处。考虑到开路电压通常为额定最大功率点电压的1.3倍多，硬件设计需要考虑直流电源上升带来的器件耐压问题。为解决直流电压上升带来的问题，控制策略允许在低电压穿越时一定程度失效，以允许直流侧电压上升，并通过限幅来控制直流功率或直流目标电流id*，确保逆变器不过流。

为实现低电压穿越，本文提出采用无功优先策略，即优先输出无功电流，以支撑电网电压。无功电流指令iq*根据网侧电压跌落的幅度计算，有功电流指令id*也相应调整，以确保在低电压穿越过程中逆变器不过流。通过仿真验证了在对称跌落情况下的低电压穿越效果，表明该方法有效且具有良好的低电压穿越能力。

总结来说，针对三相对称跌落情况，通过电压环限幅策略和无功优先策略，可以实现逆变器的低电压穿越。然而，电网中的电压跌落情况并不限于对称跌落，不对称跌落更常见，其中包含负序和零序分量，现有的控制策略可能需要进一步调整以适应不对称跌落情况。本文的研究成果为进一步优化逆变器在电网电压跌落情况下的性能提供了理论基础和实践指导。

并网逆变器是选择单相好还是三相好？

并网逆变器的类型选择，三相逆变器更为优胜。以古瑞瓦特的三相并网逆变器为例，相较于单相逆变器，三相逆变器在输出电压方面更高，能带动更大功率的电器，提供更优的电压等级，显著提升安全性。此外，三相逆变器的瞬时功率更为稳定，同样成本下，其输电能力明显强于单相逆变器。因此，在考虑并网逆变器的类型时，三相逆变器是更明智的选择。

曼苏乐承担科研项目情况

在2010年1月至今，曼苏乐作为主要参与方承担了三项国家电网-电能质量综合治理研究项目。在过去的科研活动中，曼苏乐展现了其在电能质量治理领域的深厚技术底蕴。以下是曼苏乐在科研项目中的部分成果概述：

在2008年10月至2009年12月间，曼苏乐负责并成功完成了“世博会项目：三相并网太阳能逆变器设备研究”。该项目旨在研发适用于供应世博会变电站以及推广应用于上海电力系统的逆变器设备。作为项目的首任负责人、总设计师和技术总监，曼苏乐以其精湛的技术和创新思维，成功推动了项目的实施，确保了设备的稳定运行和高效性能。

2005年10月至2007年5月，曼苏乐作为主要负责人，参与了国家电力公司重点研发项目“无功补偿与谐波治理综合装置的研究”。该项目旨在解决电力系统中无功补偿与谐波治理的关键技术难题。曼苏乐负责APF装置的主拓扑结构研究与设计、控制回路的设计、控制程序的编写以及动态模拟实验研究，有效提高了装置的性能和适应性。

通过上述科研项目，曼苏乐不仅积累了丰富的实践经验，还展示了其在电能质量综合治理领域的专业技术和创新能力。这些项目不仅推动了相关技术的发展和应用，也为电力系统的稳定运行提供了有力支持。

扩展资料

[1]曼苏乐(Muhammad Mansoor Khan),男， 1966年9月11日出生；

PLECS 应用示例（77）：三相T型逆变器（Three-Phase T-Type Inverter）

本文展示了一款用于并网应用的三相T型逆变器，采用Wolfspeed SiC MOSFET。图1显示了电路图，演示了如何选择器件、控制器参数和调制方法以影响逆变器的热性能。模型研究了逆变器在不同运行条件下的性能，确保系统安全高效运行。

T型逆变器类似于三电平中点箝位（NPC）逆变器，提供改进的谐波性能，同时减少零件数量和外部开关器件的导通损耗。本示例展示了一个22 kVA额定功率的T型逆变器，将800 V直流母线转换为三相60 Hz、480 V（线路，rms）配电。

模型配置了三种不同开关类型的SiC MOSFET，分别具有不同的额定电压、额定电流和RdsOn值，用于评估其热性能。每个器件都被建模为具有定制掩模配置的子系统，包括MOSFET和体二极管，以及热模型。组件掩模参数包括导通电阻和体二极管正向电压，以确定电流流过路径，影响开关损耗。

控制器采用解耦的同步参考系电流控制器，用于生成dq电压参考，通过独立的PI调节器将逆变器输出电流调节至设定点。PI控制器包括去耦前馈项，使用简单的同步参考帧锁相环（PLL）测量电压参考相位角，然后转换为三相电压参考，馈送到调制器，用户可选择不同的调制方案。

调制器组件实现不同的调制方法，如SPWM、SVPWM、THIPWM、THZSPWM和DPWM，以比较其对半导体损耗的影响。例如，DPWM在单位功率因数下的损耗最低，但当功率因数角接近0.5时，SPWM和SVPWM方法显示出较高的损耗。

通过操纵控制器设置、调制方案、开关频率、死区时间、控制器增益以及分析设备类型、并联设备数量和外部冷却或散热器的影响，可以试验控制器设置并分析系统级电气规格。参数扫描是确定设计决策如何在一系列操作条件下影响转换器性能的有效方法。

该模型突出显示了PLECS的热建模能力，并可以作为研究控制器设计对其他拓扑结构效率影响的例子。

三相四线制逆变器并网电流复合控制策略

本文介绍了一种创新的三相四线制逆变器并网电流复合控制策略，旨在融合PI控制的高速度、PR控制的带宽和精度以及重复控制的全面跟踪特性，以优化并网性能和补偿负载影响。策略通过基波正序电压检测器补偿电流，确保电位基波正序电流三相对称，适应电网电压的畸变和不平衡状态。

在实际应用中，逆变器内环采用PI控制跟踪直流分量，PR控制针对特定频率谐波，而重复控制处理所有谐波，通过双谐振特性减少PR控制器数量。系统结构中，利用PLL提取电网电压相位，正序电压和电流参考值根据需求计算。面对非理想工况，如电压畸变和不平衡，复合控制策略确保逆变器在这些情况下仍能快速、精确地跟踪并网电流指令，降低谐波和不平衡度。

具体来看，复合控制策略的仿真结果表明，即使在负荷变化和电压不理想的情况下，逆变器仍能保持三相电流的对称性和中线电流的极小化，显示了该控制策略的有效性和稳定性。

基于准PR控制的LCL三相并网逆变器仿真模型（Simulink仿真实现）

基于准PR控制的LCL三相并网逆变器仿真模型，利用Simulink进行实现。该逆变器在电力电子领域具有高效性、高功率密度和可编程性强的特性，广泛应用于可再生能源、电动汽车等领域。

构建电力系统模型时，需包含直流电源、LCL三相并网逆变器、输出滤波器和电网。在逆变器中，需建立准PR控制器模型，实现对输出电压和电流的控制。模型建立需考虑电感值、电容值、阻值等参数的精确性，仿真中应实时监控和记录数据，分析和验证结果，并对仿真结果进行优化和调整，以满足实际应用需求。

运行结果方面，通过Simulink仿真，模型运行稳定，输出符合预期，验证了准PR控制在LCL三相并网逆变器中的有效性。

参考文献中提及的相关研究，有助于理解准PR控制在LCL三相并网逆变器中的应用及分析方法。如有引用或借鉴，会注明出处，并保持内容的准确性。

具体Simulink仿真实现步骤及详细讲解将在后续文档中提供，以满足对准PR控制在LCL三相并网逆变器仿真模型构建和运行细节的深入理解需求。

逆变器如何并网

逆变器并网需要经过一系列步骤，包括确定并网方式、参数设置、设备连接和调试等。

逆变器并网的过程主要包括以下几个方面：

1. 确定并网方式

并网方式一般分为单相并网和三相并网。在选择并网方式时，需要考虑用电现场的实际情况、电源和电网的电压等级以及用电负荷等因素。

2. 参数设置

根据电网的要求，对逆变器的输出参数进行设置，如电压、频率、功率因数等，确保逆变器输出的电能质量符合电网标准。同时，还需对保护参数进行设置，如过流、过压、欠压、短路等保护措施，保证系统的稳定运行。

3. 设备连接

完成逆变器与电网的连接。包括交流电缆的接线、并网开关的闭合等。在接线过程中，应严格按照电气安全规范操作，确保接线的正确性和安全性。

4. 调试

完成设备连接后，进行系统的调试。检查逆变器的输出电能质量是否符合要求，观察系统的运行状况，确保逆变器与电网之间的协调运行。

具体解释如下：

逆变器并网最关键的是要确保与电网的协调运行。并网过程中需要注意电气安全，防止短路和过流等情况的发生。此外，根据电网的要求和现场情况选择合适的并网方式也是非常重要的。参数设置是并网过程中必不可少的一环，正确的参数设置可以确保系统的稳定运行和电能质量。设备连接时，应注意接线的正确性和安全性。最后，完成连接后进行系统的调试，以确保逆变器与电网之间的正常协调运行。在逆变器并网过程中，还需考虑如雷电保护、接地保护等安全措施，确保人身和设备安全。

湖北仙童科技有限公司 高端电力电源全面方案供应商 江生 13997866467