三相并网逆变器设计

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。

三相逆变器的simulink仿真中电压电流双闭环控制参数到底如

在三相逆变器的Simulink仿真中，电压电流双闭环控制参数的设计与验证是关键步骤。首先，通过构建三相并网逆变器模型，确保数学模型能够与物理模型的输出相吻合，这为控制器设计提供了坚实基础。模型中通过加入电网电压前馈和解耦项，实现了对d、q分量的独立控制，使得在输入信号变化时，输出量不受影响，有效实现了解耦控制。

在控制器设计方面，采用PI控制器进行电流环控制。通过对比系统模型与典型二阶系统的特性，发现控制器参数设计时需考虑附加闭环零点对动态性能的影响。基于此，设计控制器参数以满足系统动态性能要求，如峰值时间提前、超调量增加等。同时，通过伯德图分析，直观验证了控制器设计的合理性。

针对调制器模型，详细讨论了开关过程中的调制器增益与控制延时。通过分析调制器输出特性，解释了其零阶保持器特性，以及控制周期内的延时效应。此外，系统模型中加入调制器增益与控制延时，确保了仿真模型的完整性与准确性。

总结而言，电压电流双闭环控制参数的设计需综合考虑数学模型与物理模型的匹配、解耦控制的实现、控制器动态性能的优化以及调制器特性的影响。通过上述步骤，能够有效设计出满足性能需求的控制器，确保三相逆变器在Simulink仿真中的稳定运行与高效控制。

PLECS 应用示例（78）：三相电压源逆变器（Three-Phase Voltage Source Inverter）

三相电压源逆变器(VSI)模型展示了一个从直流电压源产生交流电流和电压的逆变器电路。此模型设计用于实现10千瓦的额定功率，并提出了三种不同的脉宽调制(PWM)方案来控制VSI输出。

直流电压源提供700伏的电压，代表系统中的电池、太阳能阵列或整流器。逆变器连接到230Vrms、50Hz的低压电网，电网表示为刚性交流电压源。并网电抗为基础阻抗的10%，并包含小电阻来模拟电感器损耗。电感器电流被初始化为单位功率因数下10kW的期望额定功率，以避免启动期间的瞬态。

可配置子系统“控制器Controller”包含三种常见的PWM方法：正弦PWM、空间矢量(SV)PWM和滞后PWM。选择不同的调制器类型将呈现不同的控制参数。通常，VSI输出端电压或参考电流将使用闭环控制方法动态计算，但在模型中使用固定值。正弦和SV PWM配置中，参考信号是VSI输出端子处的期望平均电压，VSI输出电流与电网电压相位差决定了输出电压幅度和角度。正弦PWM实现使用对称PWM组件，其采样参数配置对调制指数输入进行采样的不同方式。滞后PWM是一种电流控制的PWM方案，调节逆变器的输出电流至恒定迟滞带内的参考电流。

模型配置了运行多个实验，比较每个调制器的性能。通过检查输出波形、总谐波失真(THD)、谐波频谱分析和磁滞带，可以比较每种调制策略产生的谐波。

通过比较，发现SV PWM在输出端产生的谐波失真较小，与相同开关频率的正弦PWM相比。正弦PWM和SV PWM方案的主谐波以开关频率的整数倍为中心，而磁滞PWM产生的谐波是非周期性的，并在谐波频谱中具有频率含量。

模型讨论了无调节三相VSI的运行，并实现了三种调制技术，比较了每种调制策略产生的谐波。此模型授权英富美(深圳)科技有限公司提供翻译与发表，所有权属于瑞士商Plexim GmbH所有。如有任何用途，请先获得所有权人允许。

220V光伏逆变器能不能和380V并网

1. 关于逆变器与电网的连接，必须注意电压的匹配。220V的光伏逆变器不能直接与380V的电网并网，因为这会导致设备损坏。

2. 如果需要将光伏发电系统接入380V电网，必须使用专门设计的三相逆变器。不能通过连接多台220V逆变器来达到380V的电压需求。

3. 光伏逆变器的关键参数，包括输出功率、转换效率和输出波形质量，决定了其性能和价格。通过比较这些参数，可以评估逆变器的质量。

4. 逆变器是一种将直流电转换为交流电的设备，通常输出为220V, 50Hz的正弦波电流。这与整流器的作用相反，整流器将交流电转换为直流电。

5. 逆变器由逆变桥、控制单元和滤波电路组成，广泛应用于各种电器设备中，如空调、电动工具、电脑、电视等。

6. 在选择和使用逆变器时，需要注意以下几点：首先，直流电压必须匹配；其次，逆变器的输出功率必须大于用电器的最大功率；再次，必须正确连接正负极；此外，充电过程与逆变过程不能同时进行，避免损坏设备；最后，逆变器外壳应正确接地，以防漏电造成人身伤害。

7. 对于非专业人员来说，拆卸、维修或改装逆变器是严禁的，以避免电击伤害。

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。

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。

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