两电平逆变器控制框图

逆变器中提到的两电平逆变器,三电平逆变器中的电平是什么

       在逆变器中，电平概念指的是用于信号传输或能量转换的电压级别。两电平逆变器设计简洁，仅提供两种电压级别：高或低，适用于低成本应用。相比之下，三电平逆变器提供三种电压级别，通过引入电压中点，实现更精细的电压控制，如图所示。

       三电平逆变器相比两电平逆变器，在系统层面拥有显著优势：

       1. **损耗减少、开关频率提升、成本降低**：例如在NPC1拓扑中，开关器件的电压降低至原来的一半，大幅降低了器件的开关损耗。提升开关频率后，可以减小输出滤波器的体积和成本。在功率等级不变的情况下，通过提高母线电压，可以减小输出端电流，降低输出线缆成本。

       2. **器件可靠性提升**：在相同电压等级的系统中，三电平拓扑中的器件承受的阻断电压更低，从而提升了器件的可靠性。

       3. **改善电磁干扰（EMI）**：三电平逆变器在开关过程中的dv/dt显著降低，有效改善了系统的电磁干扰。

       尽管三电平逆变器存在器件成本增加、控制算法复杂度提升、损耗分布不均和中点电位波动等挑战，但其独特优势使得其在光伏、储能、UPS、APF等众多应用领域得到了广泛使用。下面将详细介绍常见的三电平拓扑：

       - **NPC1拓扑**：通过优化电流路径和零电平换流机制，实现了损耗分布的优化和EMI的改善。在逆变工况中，NPC1的损耗主要集中在T1/T4管，而在整流工况中，主要损耗集中在T2/T3管和D5/D6管。仿真结果显示，在高频系统中，NPC1拓扑效率更优。

       - **NPC2拓扑**：相较于NPC1，NPC2减少了二极管的数量，采用共射极或共集电极的IGBT和反并联二极管取代钳位二极管，从而降低了损耗，提高了中低开关频率下的系统效率。仿真表明，当电流等级和耐压相同，NPC2拓扑在中低开关频率下的总损耗低于NPC1拓扑。

       - **ANPC拓扑**：通过替换钳位二极管为IGBT和反并联二极管，ANPC拓扑进一步优化了损耗分布，通过选择不同的零电平换流路径，实现了更均衡的损耗控制。ANPC的调制算法（ANPC-1、ANPC-2和ANPC-1-00）分别针对不同的损耗特性进行了优化。

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逆变器的几电平看的是相电压吗？

       准确的说，不是相电压，如果说相电压，那么输出端每相电压的中性点应该是负载端，即三相对称负载的中性点N。这样子相电压输出就会有五个电平，这样说起来就忒复杂了（详细分析可以搜索“逆变器方波控制原理分析“）

       所以呢，一般的说几电平，是指每个桥臂输出端相对于直流侧某个电位参考点而言的电平数量有几个。（直流侧电位参考点可以选两个电容中间点或者端点）

       最后看看你给出的电路图（以下面追问中的图为例）：如果选取直流侧两个电容中点N为零电位点，那么逆变器三个桥臂的输出端电压Ua、Ub、Uc都只有Ud/2 、-Ud/2 两种电平

       如果选取电容C2 的下端为零电位点，那么每个桥臂输出电平也同样只有 Ud 、 0 两个电平

       所以这个电路拓扑是两电平的

两电平svpwm的扇区判断和三电平svpwm的扇区判断方法一致吗

       三电平SVPWM与两电平SVPWM在原理上存在一定的差异，主要体现在控制策略和输出性能上。两电平逆变器与三电平逆变器的比较揭示了三电平逆变器在器件开关应力、损耗、输出波形逼近以及效率提升等方面的优势。

       三电平逆变器结构更加复杂，包括三个桥臂，每个桥臂上四个开关管以及中性线。在三电平逆变器中，当上半桥臂和下半桥臂的两个管子同时导通时，相电压为正或负的半个电压值。当中间两个管子同时导通时，相电压为零。这种设计允许每相电压存在三个电平，组合形成27个不同的电压矢量，提高了输出电压的准确性和稳定性。

       在三电平SVPWM中，扇区判断和区域判断模块的引入是关键步骤。通过将空间矢量图分为6个大扇区，每个扇区再细分为4个小扇区，可以精确地确定参考电压矢量所在的位置。参考矢量的确定结合区域分布和几何关系，有助于实现电压矢量的有效控制。

       在三电平SVPWM中，短矢量作为每个采样周期的起始矢量，确保了开关状态分配的简便性和一致性。通过使用中心对称的七段式SVPWM波形，基本矢量的作用时间被分配给对应的矢量状态，实现对主电路开关器件的精准控制。

       与两电平SVPWM相比，三电平SVPWM在输出性能方面展现出显著优势。它能够提供更接近正弦波的输出电压，降低谐波含量，并减少开关元件的应力和损耗。此外，三电平逆变器在减少电磁干扰（EMI）方面表现更佳，因为开关元件一次动作的du/dt通常只有两电平的一半。

       尽管三电平电路具有诸多优点，但也存在一些挑战。例如，需要更多的开关器件，控制算法更为复杂，以及电位不平衡问题。然而，这些缺点可以通过合理的电路拓扑结构和优化的控制策略来缓解。在实际应用中，二极管钳位式拓扑结构因其成熟性和可靠性，广泛应用于三电平逆变器的主电路设计中。

       综上所述，三电平SVPWM与两电平SVPWM在扇区判断和区域判断方法上确实存在差异，这些差异体现在控制策略、输出性能和系统设计方面。在追求更高效率、更高质量输出和更小损耗的应用场景中，三电平SVPWM具有显著优势。

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%。

电路逆变器原理图

       转换器是将电网的交流电压转变为稳定的12V直流输出，而逆变器是将Adapter输出的12V直流电压转变为高频的高压交流电；两个部分同样都采用了用得比较多的脉宽调制（PWM）技术。其核心部分都是一个PWM集成控制器，Adapter用的是UC3842，逆变器则采用TL5001芯片。TL5001的工作电压范围3.6～40V，其内部设有一个误差放大器，一个调节器、振荡器、有死区控制的PWM发生器、低压保护回路及短路保护回路等。

       输入接口部分：输入部分有3个信号，12V直流输入VIN、工作使能电压ENB及Panel电流控制信号DIM。VIN由Adapter提供，ENB电压由主板上的MCU提供，其值为0或3V，当ENB=0时，逆变器不工作，而ENB=3V时，逆变器处于正常工作状态；而DIM电压由主板提供，其变化范围在0～5V之间，将不同的DIM值反馈给PWM控制器反馈端，逆变器向负载提供的电流也将不同，DIM值越小，逆变器输出的电流就越大。

       电压启动回路：ENB为高电平时，输出高压去点亮Panel的背光灯灯管。

       PWM控制器：有以下几个功能组成：内部参考电压、误差放大器、振荡器和PWM、过压保护、欠压保护、短路保护、输出晶体管。

       直流变换：由MOS开关管和储能电感组成电压变换电路，输入的脉冲经过推挽放大器放大后驱动MOS管做开关动作，使得直流电压对电感进行充放电，这样电感的另一端就能得到交流电压。

       LC振荡及输出回路：保证灯管启动需要的1600V电压，并在灯管启动以后将电压降至800V。

       输出电压反馈：当负载工作时，反馈采样电压，起到稳定I逆变器电压输出的作用。

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