双向储能逆变器框图

双向储能逆变器框

在这个技术干货周刊中，我们将深入探讨NPC和ANPC三电平逆变器的精髓，以及MOS管在不同应用中的关键作用。让我们一一揭开这些技术的神秘面纱。

首先，让我们聚焦在NPC和ANPC三电平逆变器上。NPC拓扑以其低损耗、小电流纹波和高效率而备受储能系统青睐。然而，这种设计的复杂性在于它需要精细的器件配置和有效的热管理。相比之下，ANPC拓扑在改进了热分布的同时，提升了效率，为我们展示了创新技术如何在实际应用中优化性能。

接着，我们转到MOS管的微世界。在硬件微讲堂中，我们深入研究了米勒效应在仿真中的实际应用。测量A-B点电阻时，栅极电压和漏极接线的精确控制至关重要，这些细节在实际操作中不容忽视。

再者，杨帅锅的COT控制两相交错TCM PFC方案提出了简化方案，通过电阻直接采样电网电流来降低复杂性。然而，如何选择合适的参考点以解决电流控制问题，成为了工程师们需要进一步攻克的挑战。

在逆变技术方面，全桥拓扑采用MCP14E4-E/SN驱动MOSFET，确保控制器与高压隔离。通过去除直流偏置并经过低通滤波，MOSFET在电压和电流过零点进行精确切换，光耦快速完成门极放电，形成高效稳定的全桥电路结构。

系统框图中，输入Vref是控制系统的基石，它与工作条件Vi紧密相关，影响着系统的稳定性和响应。Vi，如同静态工作点，会受到噪声和负载变化的影响，需要通过反馈控制系统进行精确补偿。

降压过程虽然常见，但也可能带来器件参数变化和辐射干扰，因此在设计中需谨慎对待。通过系统框图的分析，我们了解到如何通过补偿电路调整PWM，以确保输出电压Vo始终稳定在目标值。

最后，我们分享一些技术文章，从PWM技术的基础到深入理解反激电路，每一篇文章都是为了帮助你更好地掌握这些核心技术。点击链接，探索更多技术深度解析： PWM技术要点详解、入门反激理解指南、反激过程全解析以及一系列深入教程。

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双向PCS储能变流器（一）基于I型NPC三电平逆变器拓扑的单级式PCS MATLAB/Simulink仿真实现

在电网系统中，电力负荷周期性变化，峰谷差大，为满足高峰负荷需求，电网公司需投资大量输配电设备，导致设备利用率低，整体负荷率下降。分布式发电和智能电网的大规模应用推动了储能技术的发展，储能系统可平抑可再生能源发电并网功率波动，缓解高峰负荷需求，起到“削峰填谷”作用，维持微电网功率平衡，改善电能质量，提高电网设备利用率，减少电网建设投资，降低运营成本。能量转换系统（PCS），即储能变流器，作为储能载体与电网的接口装置，起着能量双向交换的重要作用。

PCS电路拓扑分为单级式和双级式两种。单级式PCS仅含有一个双向DC/AC变流器，电路拓扑结构和控制简单，效率较高，但储能单元容量选择不够灵活，电池需要串并联成高压大电流电池组后，才能接入直流母线。

双级式PCS拓扑相对于单级式拓扑多了一个前级的双向DC/DC变流器。双级式电路拓扑结构直流侧接入电池电压范围较宽，电池组配置更加灵活，但由于多了一个双向DC/DC环节，结构和控制系统较复杂，系统效率降低。

不管是单级式PCS还是双级式PCS，都需要双向DC/AC变流器。双向DC/AC变流器可以采用两电平或三电平变流器拓扑结构。相比于两电平变流器，三电平变流器具有以下优点：

（1）桥臂上单个功率开关管承受的电压仅为直流母线电压的一半，降低了器件耐压等级的要求，从技术和经济方面都是可实现的，同时避免了器件串联时的动态均压问题，保证了系统的稳定性和可靠性；

（2）在相同调制频率下，每个开关管的开关频率是两电平的一半，交流侧电流谐波含量低，直流电压纹波小，器件损耗和应力小，电磁干扰小，减小了旋转用电设备的振荡，提高了系统的性能。

下文展示了一个50kW双向单级式PCS的MATLAB/Simulink仿真案例，主电路原理如下图，双向DC/AC变流器采用I型二极管中点钳位(Neutral Point Clamped, NPC)三电平逆变器，实现DC/AC逆变并网和AC/DC整流能量双向流动的功能。

三相电网电压3AC380V，频率50Hz，直流电压DC800V，储能变流器开关频率10kHz。AC/DC变换时负载功率50kW，DC/AC变换时并网功率P=50kW，Q=25kVar。

电压外环采用PI控制器，PQ控制时计算dq电流参考值。电流内环采用PI控制器，dq电流解耦，电网电压前馈。采用三电平SVPWM空间矢量调制。含中点电位平衡控制。含锁相环（基于单同步旋转坐标系的锁相环SRF-PLL）。控制算法框图如下图。

0-0.5s储能变流器工作在整流AC/DC模式，控制整流输出电压为DC800V，直流负载50kW，单位功率因数运行。0.5-1s储能变流器工作在逆变并网DC/AC模式，采用有功功率无功功率PQ控制，P为50kW，Q为25kVar。仿真结果如下。

基于I型二极管中点钳位(Neutral Point Clamped, NPC)三电平逆变器的双向单级式PCS的MATLAB/Simulink仿真案例，实现了DC/AC逆变并网和AC/DC整流能量双向流动的功能，具备中点电位平衡功能，上电容电压与下电容电压稳态偏差在±5V以内，同时具有较低的电流畸变率，电流THD<1%。

不间断电源是什么不间断电源选购须知

UPS（Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply），即不间断电源。UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， UPS 立即将电池的直流电能，通过逆变零切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。

不间断电源是什么？你知道吗？UPS不间断电源，简单点说，就是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。还广泛应用于矿山、航天、工业、通讯、国防、医院、应急照明系统等各个领域。下面我就给大家详细科普一下不间断电源是什么以及不间断电源的相关知识。

不间断电源是什么

UPS(UninterruptiblePowerSystem/UninterruptiblePowerSupply)，即不间断电源，是将蓄电池(多为铅酸免维护蓄电池)与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电;当市电中断(事故停电)时，UPS立即将电池的直流电能，通过逆变零切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。

不间断电源特点

UPS是针对中国电网环境和网络监控及网络系统、医疗系统等对电源的可靠性要求，克服中、大型计算机网络系统集中供电所造成的供电电网环境日益恶劣的问题，以全新的数字技术研制出的第三代工频纯在线式智能型UPS。直流电源，是维持电路中形成稳恒电流的装置。如干电池、蓄电池、直流发电机等。

UPS和直流电源是企业重要的供电保障设备，传统的维护管理包括：①日常巡检外观，定期更换电池、滤波电容、风机等易损件，大修时做电池活化等;②改造或采用换代设备，使用高级工具测试电池性能。这种管理方式企业投入成本高，维护人员工作量大，不易实时掌握设备运行状态和关键数据，设备事故预防能力低。实施在线维护管理可避免传统方式的不足之处，获得良好效益。

UPS的中文意思为“不间断电源”，是英语“UninterruptiblePowerSystem/UninterruptiblePowerSupply”的缩写，它可以保障计算机系统在停电之后继续工作一段时间以使用户能够紧急存盘，使用户不致因停电而影响工作或丢失数据。

不间断电源优点

不间断电源的主要优点，在于它的不间断供电能力。在市电交流输入正常时，UPS把交流电整流成直流电，然后再把直流电逆变成稳定无杂质的交流电，给后级负载使用[2] 。一旦市电交流输入异常，比如欠压了或者停电了又或者频率异常了，那么UPS会启用备用能源-蓄电池，UPS的整流电路会关断，相应的，会把蓄电池的直流电逆变成稳定无杂质的交流电，继续给后级负载使用。这就是UPS不间断供电能力的由来。图1是典型的UPS框图。

当然，UPS的不间断供电时间不是无限的，这个时间受制于蓄电池自身储存能量的大小[2] 。如果发生交流停电，那么在UPS的蓄电池供电的宝贵时间内，您需要做的就是赶紧恢复交流电，比如启用备用交流电回路、启用油机发电，实在不行，就只能紧急存盘，保存劳动成果，等待交流电恢复正常后再继续。

不间断电源应用

不间断电源现已广泛应用于：矿山、航天、工业、通讯、国防、医院、计算机业务终端、网络服务器、网络设备、数据存储设备、UPS不间断电源、应急照明系统、铁路、航运、交通、电厂、变电站、核电站、消防安全报警系统、无线通讯系统、程控交换机、移动通讯、太阳能储存能量转换设备、控制设备及其紧急保护系统、个人计算机等领域。

不间断电源选购须知

1、首先要确定您的设备是多大功率的，一般来讲普通PC机或工控机的功率在200W左右，苹果机在300W左右，服务器在300W与600W之间，其他设备的功率数值可以参考该设备的说明书。

2、其次应了解UPS的额定功率有两种表示方法：视在功率(单位VA)与实际输出功率(单位W)，由于无功功率的存在所以造成了这种差别，两者的换算关系为：视在功率*功率因数=实际输出功率。

3、UPS通常分为工频机和高频机两种。工频机由可控硅SCR整流器，IGBT逆变器，旁路和工频升压隔离变压器组成。因其整流器和变压器工作频率均为工频50Hz，顾名思义叫工频UPS。

高频机通常由IGBT高频整流器，电池变换器，逆变器和旁路组成，IGBT可以通过控制加在其门极的驱动来控制IGBT的开通与关断，IGBT整流器开关频率通常在几K到几十KHz，甚至高达上百KHz，相对于50Hz工频，称之为高频UPS。

编辑总结：不间断电源因为具有高效率、高可靠性、大功率化、模块化、绿色、节能、环保等特点，所以拥有很好的发展前景，目前市场的需求也不断扩大，国家也颁布了一系列发展政策和发展规划以鼓励本行业的发展。

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