并网逆变器控制测量

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。

PLECS TI C2000嵌入式代码生成 应用范例13（122）：并网三电平NPC逆变器的SVPWM控制

并网三电平NPC逆变器的SVPWM控制与嵌入式代码生成应用概述

该文章介绍了使用空间矢量脉宽调制（SVPWM）和中性点平衡技术在电流闭环中对并网三电平NPC逆变器的仿真。此演示模型展示了如何在使用德州仪器（TI）C2000 MCU的PLECS嵌入式编码器上实现典型工作流程。结合PLECS RT Box，可以直接验证MCU的性能。

电源电路包括通过LCL滤波器连接到电网的三相NPC逆变器。当“Sun”处于标称辐射水平时，直流输入提供800 V的全电压。两个直流电容器分别向逆变器的上半部分和下半部分提供输入。SVPWM算法中包含了中性点平衡技术。

控制部分包含两个闭环d-q电流控制器和带中性点平衡方案的三电平SVPWM。控制器模型中实现了ADC和PWM块，将直流链路电压、交流电流、交流电压和滤波电容器电流的测量引入到模型环境中。

在“Controller”子系统中，实现了两个闭环d-q电流控制器和带中性点平衡方案的三电平SVPWM。它包含来自TI C2000目标组件库的ADC和PWM块。SVPWM方案中有三个NPC支路（相位u、v和w），每个支路包含四个开关，通过控制这四个开关，逆变器输出允许三种不同的电压水平。

中性点平衡技术基于主动控制中性点电流。该技术基于在SVPWM矢量图中操纵零矢量对以平衡中性点。

配置TI C2000目标库组件时，SVPWM调制器的输出以占空比的形式提供给PWM块作为输入，配置包括载波类型、载波频率和消隐时间参数。通过RT Box启动板接口板上的dip开关“DI-29”可以启用或禁用PWM信号。

仿真部分展示了如何将“Controller”子系统直接转换为TI 28379D启动板的目标特定代码。在实时模型运行中，观察实时波形，调整MCU中控制程序的参数。

结论部分总结了此模型演示了支持TI C2000 MCU嵌入式代码生成的并网NPC逆变器系统的实现。

PLECS RT Box 应用示例 11 (99)：单相逆变器（Single-Phase Inverter）

此演示模型专注于单相并网逆变器在50千瓦和单位功率因数下的运行，利用PLECS电气和控制域的功率级和控制实现。电厂与控制器模型被分为两个不同的子系统，分别部署在两个RT Box上，通过虚拟原型配置的37针Sub-D电缆进行连接，交换数字PWM信号和模拟电流测量值。对于硬件在环（HIL）或快速控制原型（RCP）应用程序的实时模型开发，此配置提供了一个潜在的起点。

离散化步长和平均执行时间的参数为每个子系统提供关键信息，以确保实时执行。RT Box上的实时执行要求模型使用固定步长解算器执行，参数指定生成代码的基本采样时间，并用于离散化物理模型和控制域状态空间方程。执行时间表示在RT Box硬件上执行PLECS模型的一个离散步骤所需的实际时间。处理器负载是执行时间与离散化步长的比率。

表1展示离散化步长和平均执行时间的详细数据，为构建高效实时模型提供指导。此模型针对两个RT Boxes应用程序，一个运行Plant模型，另一个运行Controller模型，以最小化每个实时目标的执行时间。若用户仅拥有一个RT Box，可参考针对一个RT Box应用程序的相应型号进行配置。

在电源电路中，直流电压源为Vdc=750 V，H桥由两个IGBT半桥电源模块组成，通过PWM捕获块生成开关信号。滤波电感和断路器连接到电网，实现与理想交流电压源（Vrms＝220V，f＝50Hz）的连接。直流电压、电网电压和电网电流通过模拟输出组件输出，比例因子和偏移配置将模拟输出电压限制在[-4 V，+4 V]范围内。

闭环控制器用于调节线路电流与电网电压的同步，包含基于正交信号发生器的锁相环（PLL）以检测电网的电角度和频率。PLL相位角输出转换为电网电流的参考信号，比例积分（PI）或比例谐振（PR）调节器在“Controller”子系统内部切换。调节器参数Kp和Ki使用最佳幅值规则设置，谐振频率选择等于电网频率，确保系统响应的优化。

在实时操作模式下，模型既可以在计算机上以离线模式运行，也可以在PLECS RT Box上以实时模式运行。实时操作过程中，可使用PLECS示波器“电子Elec”观察控制器箱上的测量值和中间信号，如电网相位角、PLL检测到的角频率以及测量的电网电压和电流。参考电流与测量电流的比较显示了使用PR调节器时测量电流滞后稍小的特性。电网电流的参考振幅可以通过调整控制器子系统中的增益块“Ip”进行改变，通过将“断路器Breaker”常数设置回0断开逆变器与电网的连接。

此模型展示了单相并网逆变器模型的实用性，适用于离线模拟和实时操作，支持硬件在环测试和快速控制原型设计。

逆变器型式试验检测平台试验及检测项目

本文详细介绍了逆变器型式试验检测平台及其试验及检测项目。这些试验及检测项目旨在确保逆变器在不同工作条件下的性能和安全性。下面是对各个试验的简要说明：

转换效率试验：

评估逆变器将直流电转换为交流电的效率，确保其在实际应用中能有效利用能源。

并网电流谐波试验：

检查并网时逆变器输出电流中的谐波含量，确保不会对电网造成不良影响。

功率因数测定试验：

测量逆变器在不同负载条件下向电网提供的无功功率，确保其功率因数在规定范围内。

电网电压响应试验：

测试逆变器在电网电压变化时的稳定性和响应速度，确保其在电网波动时能稳定工作。

电网频率响应试验：

评估逆变器在电网频率变化时的适应性，确保其在不同频率下仍能有效运行。

直流分量试验：

检测逆变器输出交流电中的直流分量，确保其不会对设备或电网造成损害。

电压不平衡度试验：

检查逆变器在面对电网电压不平衡时的性能，确保其在各种电压条件下都能稳定工作。

防孤岛效应保护试验：

模拟孤岛效应，测试逆变器的检测和断开能力，确保在孤岛情况下能及时断开，防止对电网和人员造成危险。

低电压穿越试验：

评估逆变器在电网电压降低时的性能，确保其能安全穿越低电压状态。

交流侧短路保护试验：

测试逆变器在交流侧发生短路时的保护机制，确保设备安全。

防反放电保护试验：

评估逆变器在直流侧发生反向放电时的保护能力，确保设备安全运行。

极性反接保护试验：

模拟极性反接情况，测试逆变器的保护机制，确保其能正确应对。

直流过载保护试验：

评估逆变器在直流侧过载时的保护机制，确保设备安全。

直流过压保护试验：

测试逆变器在直流侧电压超过规定值时的保护能力，确保其不会受到损害。

通讯功能试验：

检查逆变器与外部系统的通讯能力，确保其能正常接收和发送数据。

自动开关机试验：

评估逆变器的自动开关机功能，确保其能在预定条件下自动启动和关闭。

软启动试验：

测试逆变器在启动过程中的平滑性和适应性，确保其能平稳启动。

绝缘电阻试验：

检查逆变器的绝缘性能，确保其不会受到外部电流的影响。

绝缘强度试验：

评估逆变器的抗电强度，确保其在高压情况下仍能安全运行。

防护等级试验：

测试逆变器的防护等级，确保其在各种环境条件下都能正常工作。

有功功率控制试验：

检查逆变器的有功功率控制能力，确保其能在不同负载条件下有效控制输出。

电压/无功调节试验：

评估逆变器的电压和无功功率调节能力，确保其能适应不同电网条件。

温升试验：

测试逆变器在满载运行时的温升情况，确保其在高温环境下仍能安全运行。

方阵绝缘阻抗检测试验：

检查逆变器连接的光伏阵列绝缘性能，确保其不会受到外部影响。

方阵残余电流检测试验：

检测光伏阵列的残余电流，确保其在正常工作时不会对电网造成影响。

连续工作试验：

评估逆变器在长时间连续工作条件下的性能和稳定性，确保其能长期可靠运行。

电压波动和闪烁试验：

测试逆变器在面对电压波动和闪烁时的适应性，确保其能稳定工作。

最大功率追踪（MPPT）精度试验：

评估逆变器的MPPT功能精度，确保其能高效跟踪光伏阵列的最大功率点。

heric拓扑的优势,为什么单项光伏逆变器通常选用heric拓扑?

非隔离型单相并网逆变器在小功率光伏发电系统中广泛应用，因其体积小、效率高等特点。然而，在并网系统中，由于缺少变压器，光伏电池板与电网间存在多处分布电容，功率器件在高频开关时会导致共模电流的产生。为了保障人员和设备安全，必须对地漏电流进行有效抑制。针对此问题，常见的优化策略有两种：一是采用H桥拓扑并结合双极性PWM调制，可以有效抑制共模电流，但存在开关损耗较大及输出电压幅值跳变的问题；二是提出H5、H6等改进型拓扑，分别在效率与共模电流抑制之间寻求平衡，但它们在成本或效率上存在局限。Heribert Schmidt等学者提出了一种新颖的拓扑结构，即Heric拓扑，仅需增加两个功率器件，即可实现输出共模电压的相对稳定，同时提高整体效率，从而被广泛应用在单相并网逆变器中。

Heric电路通过增加T5/D5与T6/D6两个功率器件，滤波电感在续流过程中提供了双向电流通路，从而控制输出共模电压相对稳定。这种拓扑结构下，功率因数为1时，T5与T6在工频下进行开关操作，正半周期T1与T4进行高频开关，关断时通过T6与D5进行续流，负半周期则同理。T2、T3与T5、D6进行换流，保证逆变器AC端口的共模电压输出相对稳定，基本维持在VDC/2。

在Heric电路需要向电网注入无功电流时，T5、T6则需要在输出电压电流反向区间内分别进行高频开关，以适应输出滞后无功电流的情形。例如，当输出电压V大于0而电流I小于0（规定电流流出H桥为正）时，T1-T4均关断，T5导通，电感电流通过T5与D6进行续流，T5关断时电感电流通过D1与D4流通。同样地，当输出电压V小于0而电流I大于0时，T6、D5与D2、D3进行换流。

在单相户用光伏逆变器的应用中，追求小体积和低噪音是产品设计的关键目标之一，这不仅降低了设备的安装要求，也为用户在运行期间提供了更加宁静的环境。因此，较高的开关频率是功率半导体器件的重要需求之一，而更高的效率和更好的可靠性则是产品设计中不可或缺的特性，有助于为客户提供长期稳定的经济效益。在单相光伏应用中，电网电压通常为220/230VAC，逆变器的母线电压在350-400VDC左右，因此，适合应用高效高速的650V IGBT，以满足这些场景中的需求。

英飞凌新一代650V TRENCHSTOP™ IGBT7 H7产品采用最新的微沟槽栅技术，相比前代产品整体损耗可减少39%，同时配备新一代全电流的发射极控制EC7续流二极管，具有更好的EMI表现。此外，该器件还具备出色的防潮性能，可在恶劣环境中可靠运行，且已通过JEDEC 47/20/22的相关测试，特别是HV-H3TRB测试，符合工业应用标准，非常适合户外应用的户用单相光储逆变器。

对于5kW、8kW至10kW功率等级的Heric单相光伏逆变器，可选用相应的IKWH40N65EH7和IKWH75N65EH7产品，DC-AC级转换效率均可达到98.5%，而T5/T6、D5/D6的损耗较小。在成本优化方面，根据具体需求考虑选择合适大小的器件。此外，英飞凌还提供了一站式的解决方案，包括驱动IC（如EiceDRIVER™ X3 Compact、2EDi family双通道隔离驱动系列）、微控制器产品（如XMC™、PSoC™系列）、以及用于测量和控制的XENSIV™系列电流传感器和AIROC™系列蓝牙wifi产品，以满足不同应用需求。

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