电流型逆变器仿真



如何理解逆变

逆变是指将直流电转换成交流电的过程，与整流过程相反。以下是对逆变的具体理解：

逆变的基本概念：

定义：逆变是与整流相对应的一种电力变换过程，即将直流电转换为交流电。应用场景：逆变技术在电力电子、可再生能源、不间断电源等领域有广泛应用。

逆变电路的类型及特点：

电压型逆变电路：直流侧特性：直流侧为电压源或并联大电容，因此直流侧电压基本无脉动。交流侧输出：交流侧输出电压为矩形波，输出电流和相位因负载阻抗的不同而有所变化。阻感负载：在阻感负载情况下，逆变电路需提供无功功率。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂会并联反馈二极管。电流型逆变电路：直流侧特性：直流侧串联大电感，因此电流基本无脉动，相当于电流源。交流侧输出：交流侧输出电流为矩形波，与负载阻抗角无关。输出电压波形和相位因负载的不同而有所变化。无功能量处理：直流侧电感起缓冲无功能量的作用，反馈无功能量时直流电流并不反向，因此无需像电压型逆变电路那样给开关器件反并联二极管。

逆变技术的应用：

可再生能源发电：太阳能和风能发电系统通常将产生的直流电通过逆变器转换为交流电，以便并入电网或供本地使用。不间断电源：UPS系统使用逆变器将蓄电池中的直流电转换为稳定的交流电，以确保在电网故障时提供连续的电力供应。电力电子设备：许多电力电子设备，如变频器、电动车充电器等，都使用了逆变技术来实现特定的电力变换需求。

综上所述，逆变是一种重要的电力变换过程，通过不同类型的逆变电路可以实现直流电到交流电的转换，满足不同应用场景的需求。

电流源型逆变器是怎样工作的？

1、直流侧串联有大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。

2、电路中开关器件的作用仅是改变直流甩流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。

3、当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。因为反馈无功能量时直流电流并不反向。

电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍应用较多，就其换流方式而言，有的采用负载换流，有的采用强迫换流。

逆变电路的换流方式有4种：

1、器件换流:利用全控器件的自关断能力进行换流.全控型器件采用此换流方式。

2、电网换流:由电网提供换流电压,只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。

3、负载换流:由负载提供换流电压,当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时,可实现负载换流。

4、强迫换流:设置附加换流电路,给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流.通常是利用附加电容上的能量实现,也称电容换流。

扩展资料：

为了满足不同用电设备对交流电源性能参数的不同要求，已发展了多种逆变电路，并大致可按以下方式分类。

1、按输出电能的去向分，可分为有源逆变电路和无源逆变电路。前者输出的电能返回公共交流电网，后者输出的电能直接输向用电设备。

2、按直流电源性质可分为由电压型直流电源供电的电压型逆变电路和由电流型直流电源供电的电流型逆变电路。

3、按主电路的器件分，可分为：由具有自关断能力的全控型器件组成的全控型逆变电路；由无关断能力的半控型器件（如普通晶闸管）组成的半控型逆变电路。

半控型逆变电路必须利用换流电压以关断退出导通的器件。若换流电压取自逆变负载端，称为负载换流式逆变电路。这种电路仅适用于容性负载;对于非容性负载,换流电压必须由附设的专门换流电路产生，称自换流式逆变电路。

4、按电流波形分，可分为正弦逆变电路和非正弦逆变电路。前者开关器件中的电流为正弦波，其开关损耗较小，宜工作于较高频率。后者开关器件电流为非正弦波，因其开关损耗较大，故工作频率较正弦逆变电路低。

5、按输出相数可分为单相逆变电路和多相逆变电路。

百度百科——电流型逆变电路

百度百科——逆变电路

电流型虚拟同步机控制（VSG)

欧洲的电流型虚拟同步机控制（VSYNC）方案，通过频率偏差和变化率控制算法，调整微网逆变器系统的性能，使其在新能源发电如风能和光伏的背景下，改善电力系统的调频和调压能力。VSG技术的核心在于模拟同步发电机特性，提供必要的惯性和阻尼，以弥补传统发电设备不足。

两种主要的VSG技术路线，即电流控制型和电压控制型，前者已在大容量新能源电站中得到实际应用。电流控制型VSG系统如图1所示，包含锁相环、有功和无功控制，以及电流内环控制。系统通过滤波电路接入电网，通过低通滤波器处理电流和频率信号，以保持系统的稳定性。

在VSG并网系统中，两个坐标系的转换关系对稳定性分析至关重要。文章详细分析了锁相环、网侧环节、电流滤波环节以及控制环节对系统小信号稳定性的影响。例如，惯性时间常数Tj和锁相环比例系数KPpll的改变，对系统的特征根和振荡模态有显著影响，可能导致系统失稳。

实验和仿真研究进一步验证了这些参数对并网稳定性的影响。电流控制型VSG在电压等级较高的电网和弱电网环境下，需要特别关注其并网适应性，以防止由于阻抗比或电网强度变化引起的失稳。通过RT-LAB的仿真实验，这些理论分析得到了验证。

总结来说，电流型VSG的控制参数对并网稳定性有显著影响，需要合理设定以确保系统在各种条件下的稳定运行。同时，双模式切换的设计允许无扰动地在VSG模式和逆变器PQ模式之间切换，强化了逆变器的并网稳定性。

牵引变流器的有什么用

牵引变流器是一种将直流电转换为交流电的关键设备，主要分为电压型和电流型两种类型。

电压型逆变器的工作原理如图5a所示，直流侧电压Ud需保持恒定，以满足换向要求。通过控制电路触发脉冲，可以调节交流侧电压的频率。图5a中的c表示支撑直流电压的支撑电容，D1、D2为续流二极管，用于负载电流和电压不同相时的续流。在异步牵引电动机起动时，逆变器需提供可变幅值的低频电压，通常采用分谐波调制法控制器件F1、F2的通断顺序。电压型逆变器还可以通过控制电路的作用，顺利转入再生制动状态，为交-直-交电力机车提供恒定的中间环节直流电压。

电流型逆变器如图6a所示，其直流侧需要保持稳定的电流Id。通过采用串联电抗器Ld，可以实现这一要求。当控制各强迫关断器件的导通顺序时，可以在电机每相绕组中得到2π/3电角度导通的交变电流。在低频起动时，为了避免因2π/3矩形波电流造成过大的电机力矩脉动，也可采用电流分谐波调制方法。电流型逆变器只能调频不能调压，调压功能由电源侧交－直变流器完成。电流型逆变器已在地铁车辆上得到广泛应用。

交流-交流变流器无需经过直流中间环节，可直接将单相交流电转换为三相可调频的交流电。一种成功应用的是用次驱动同步型牵引电动机的两组三相反并桥式系统，它在原理上类似于电流型直-交逆变器，并借助于电源和负载电势进行换向。这种类型的变流器已在苏联ВЛ83型电力机车上应用。

另一种降频交-交变流器是循环变流器，它属于燃气轮机车电传动系统的一种选择设备。

牵引变流器的这些功能使得电力机车能够更加灵活地适应不同的运行条件，提高运行效率和安全性。

死区补偿（非线性补偿）方法介绍

死区时间在逆变器中起着关键作用，它是指上桥臂和下桥臂导通与截止之间的时间间隔，避免上、下桥臂同时导通产生短路现象。然而，加入死区时间会导致逆变器性能降低。为了优化死区补偿，本文将详细介绍其原理、仿真模型配置、死区效应以及解决方法。

仿真模型配置涉及逆变器输出与星型连接电抗器的连接，采用闭电流控制方式输出三相电流。在SPWM波形的基础上，模型仿真特别关注优化对象，即死区补偿，输出是否连接电机并不影响优化过程。在低速情况下，由于反电势较小，模型可以近似简化。

带死区的逆变器模型中，三相电感波形显示原始模型产生的电流值存在明显畸变。死区效应表现为：当相电流为正时，下桥臂的体二极管导通导致负脉冲时间偏长；反之，当相电流为负时，上桥臂的体二极管导通导致正脉冲时间变长。此现象在轻载低频情况下更加明显，可能引发电流钳制，加剧电流波形畸变。

针对死区效应，通过调整对应桥臂的占空比来实现补偿，以克服死区对逆变器输出的影响。补偿量的确定和正负补偿的选择成为关键考虑因素。

补偿量可通过Vdead值来计算，公式如下：

[公式]

补偿时机基于输出电流方向的判断，方法涉及转子角度与电流电压相位差的计算，确定Id与Iq的比值。

补偿原理通过将一个周期划分为六个等分区间，每个区间仅有一相电流过零，其他两相电流方向不变。根据电流角度计算补偿量，并应用饱和函数和PI控制器进行动态调整，以有效抑制电流纹波。

最终，仿真结果显示，死区补偿启动后，Id、Iq的纹波得到显著抑制，优化了逆变器的输出性能。通过动态调整补偿量和使用PI控制器，死区补偿方法有效解决了死区效应带来的电流波形畸变问题。

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%。

什么叫逆变？

逆变，是电力工程中的一项关键转换技术，与整流形成对比，其核心任务是将直流电转化为交流电。电压型逆变电路的特点如下：

首先，直流侧通常由大电容或并联大电阻构成，以保持电压稳定，基本无脉动现象。这使得电路能提供平稳的直流输入。

在输出端，交流电压表现为矩形波，而电流的大小和相位则取决于负载阻抗的不同。同时，当负载为阻感负载时，逆变器需要为交流侧的无功功率提供补偿，为此，逆变桥各臂会并联反馈二极管来实现这一功能。

相比之下，电流型逆变电路的特点更为明显。直流侧通过大电感连接，电流保持基本无脉动，类似于一个电流源。交流输出电压同样为矩形波，但与负载阻抗无关，波形和相位会随着负载变化而变化。

电流型逆变器的直流侧电感起到缓冲无功功率的作用，当交流侧反馈无功时，直流电流不会反向，因此无需额外的反并联二极管来保护开关器件。

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