北京三相逆变器拆解



微电网三相逆变器并联（四）基于虚拟阻抗的下垂控制MATLAB/Simulink仿真实现

微电网三相逆变器并联（四）基于虚拟阻抗的下垂控制MATLAB/Simulink仿真实现

一、引言

在微电网中，三相逆变器并联运行是一种常见的配置方式，以实现功率的灵活分配和系统的稳定运行。然而，由于线路阻抗的差异和下垂控制本身的局限性，传统的下垂控制策略在低压微电网中往往难以达到理想的功率分配效果。为了解决这一问题，引入虚拟阻抗成为了一种有效的手段。

二、为什么要引入虚拟阻抗

感性环境适应性：传统P-f、Q-U下垂控制适用于输电线路阻抗呈感性的环境。然而，孤岛运行的微电网通常是低压系统，线路阻抗呈阻性，这导致有功功率和无功功率难以解耦控制，影响功率分配的精度。

功率分配不均：各微电源到公共母线连接点的距离不同，导致线路阻抗存在差异。这种差异使得微电源之间的输出难以按比例分配，无功功率难以精确分配，与实际有较大的偏差。

为了解决上述问题，引入虚拟阻抗可以改变逆变器输出阻抗的特性和大小，使逆变器控制系统的等效输出阻抗近似感性，满足功率按比例分配的条件。

三、虚拟阻抗的原理

虚拟阻抗的原理是通过在控制系统中加入虚拟阻抗环节，改变系统总等效阻抗的特性。当加入的电感足够大时，系统总的等效输出阻抗呈感性，满足传统P-f、Q-U下垂控制的适用条件。

虚拟阻抗等效电路如下图所示：

在图中，输入到电压电流双闭环控制器的参考电压U*ref是经过虚拟阻抗环节后得到的。加入虚拟阻抗后，通过调节B点的频率和电压幅值实现对A点输出功率的控制。

指令电压U*ref的计算公式为：

U*ref = Uref - Zv * Io

其中，Zv为引入的虚拟阻抗，包括虚拟电阻Rv和虚拟电感Lv。

基于虚拟阻抗的下垂控制框图如下：

四、基于虚拟阻抗的下垂控制仿真

为了验证基于虚拟阻抗的下垂控制的有效性，我们搭建了由两台逆变电源构成的孤岛型微电网仿真模型。两台逆变电源输出线路阻抗存在差异，逆变电源1输出线路阻抗为0.04Ω+0.0004H，逆变电源2输出线路阻抗为0.02Ω+0.0003H。逆变电源采用P-f、Q-U下垂控制和输出电压外环、电感电流内环双闭环控制。

负载Load1有功P1=20kW，无功Q1=20kVar；负载Load2有功P2=10kW，无功Q2=10kVar。负载Load1始终保持投入状态，1s时投入负载Load2，2s时切除负载Load2。

1. 未加虚拟阻抗的传统下垂控制仿真结果

在未加虚拟阻抗的情况下，两台微电源输出的无功功率未能得到均分。线路阻抗较小的逆变电源2发出的无功功率大于线路阻抗较大的逆变电源1，且负载增减时功率波动比较大。具体仿真结果如下图所示：

逆变电源输出频率f：逆变电源输出电压幅值U：逆变电源输出有功功率P：逆变电源输出无功功率Q：

2. 引入虚拟阻抗的改进下垂控制仿真结果

在加入虚拟阻抗后，两台逆变电源等效输出阻抗呈感性，满足传统下垂控制的适用条件。两台逆变电源输出的有功和无功功率都能得到均分，且功率分配的精度较高。在系统带负载启动和负载增减变化时，功率过渡过程平滑且时间短。具体仿真结果如下图所示：

逆变电源输出频率f：逆变电源输出电压幅值U：逆变电源输出有功功率P：逆变电源输出无功功率Q：

五、结论

通过引入虚拟阻抗，可以显著改善微电网中三相逆变器并联运行时的功率分配效果。仿真结果表明，加入虚拟阻抗后，两台逆变电源输出的有功和无功功率都能得到均分，且功率分配的精度较高。在系统带负载启动和负载增减变化时，功率过渡过程平滑且时间短。因此，基于虚拟阻抗的下垂控制是一种有效的微电网控制策略。

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。

三相逆变器的原理是如何

逆变器的工作原理是将直流电能转换为交流电能。它首先将Adapter输出的12V直流电压转换为高频高压交流电。这个过程和Adapter部分都广泛使用了脉宽调制（PWM）技术。核心部分均采用了PWM集成控制器，Adapter使用了UC3842，而逆变器则采用了TL5001芯片。TL5001的工作电压范围在3.6至40V之间，内置误差放大器、调节器、振荡器、PWM发生器（带死区控制）、低压保护回路以及短路保护回路等。

三相逆变器产生的交流电压为三相，即AC380V。三相电是由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流电势组成。

该逆变器具有以下功能特点：

1. 使用CPU控制，输出高品质、智能化正弦波，这是本产品的独特特点。

2. 设计了智能开关机功能，便于操作。

3. 具备抗干扰保护，包括浪涌保护。

4. 当市电R相正常时，电池能够自动充电。

5. 当市电缺相或多相，以及三相插座有问题，逆变器会在电池模式下工作。

6. 当逆变器在电池模式下工作时，如果有一相或多个相位不存在，逆变器将不输出，不能带载。

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逆变器课堂｜逆变器的单相和三相之分

逆变器有单相和三相之分，主要原因在于逆变器接入的电网类型。

一、单相与三相的基本概念

单相：由一条火线和一条零线组成，这里的“单”指的是三相中的任意一相，如A-N、B-N、C-N，其标准电压是220V。单相电是我们日常生活中最常见的电力供应方式，如家庭用电。

三相：由三条火线组成，用ABC来表示。三相电之间的相位角互为120度，在电气空间上是对称的。如果单纯只是三相电压，则为380V，也称三相三角形；若除了三条火线外还有一条零线，则电压也有了220V和380V，即三相星形连接。三相电主要用于工业和大功率设备。

二、单相逆变器与三相逆变器的区别

接入电网类型：

单相并网逆变器主要并入的是单相双线或单相三线电网线路。这种逆变器适用于家庭、小型商业场所等需要单相供电的场合。

三相并网逆变器则主要并入的是三相四线或三相五线电网线路。这种逆变器适用于工业、大型商业场所等需要三相供电的场合。

输出电压与电流：

单相逆变器输出的电压为220V，电流根据负载需求而定。

三相逆变器输出的电压为380V（线电压）或220V（相电压），电流同样根据负载需求而定。但三相逆变器在提供相同功率时，其电流值通常小于单相逆变器，因为三相电在传输过程中能够更有效地利用电能。

应用场景：

单相逆变器广泛应用于家庭太阳能发电系统、小型风力发电系统等。

三相逆变器则更多地应用于工业生产线、大型数据中心、商业建筑等需要大功率、高稳定性的电力供应场合。

三、逆变器接入电网的注意事项

电网兼容性：在选择逆变器时，需要确保其输出电压、电流、频率等参数与接入的电网相匹配，以避免对电网造成冲击或损坏。

安全保护：逆变器应配备过流、过压、欠压、短路等保护功能，以确保在电网异常情况下能够安全停机，保护设备和人身安全。

安装与维护：逆变器的安装应遵循相关标准和规范，确保其稳定运行。同时，定期对逆变器进行维护和检查，及时发现并处理潜在问题。

四、展示

以上展示了单相与三相的基本概念、逆变器接入电网的示意图等，有助于更好地理解逆变器的单相和三相之分。

光伏逆变器的电路结构、原理及故障处理！

光伏逆变器的电路结构、原理及故障处理一、光伏逆变器的电路结构

光伏逆变器的电路结构主要由以下几部分组成：

输入电路：为主逆变电路提供可确保其正常工作的直流工作电压。主逆变电路：是逆变装置的核心，通过电力电子开关的导通与关断，完成逆变的功能。主逆变电路分为隔离式和非隔离式两种。输出电路：对主逆变电路输出的交流电波形、频率、电压、电流的幅值和相位等进行修正、补偿和调理，以确保输出电能的稳定性和质量。控制电路：为主逆变电路提供一系列的控制脉冲，以控制逆变开关器件的导通与关断，从而配合主逆变电路完成逆变功能。辅助电路：将输入电压变换成适合控制电路工作的直流电压，并包含各自的检测电路，用于监测和反馈系统状态。保护电路：主要包括输入过欠压保护、输出过欠压保护、过流保护、短路保护、孤岛保护等，以确保逆变器在异常情况下能够安全停机，保护设备和人身安全。二、光伏逆变器的工作原理

光伏逆变器的工作原理是将直流电（DC）转换为交流电（AC）。这一过程主要通过半导体功率开关器件（如IGBT、MOSFET等）在控制电路的作用下以高速开关（通常为1/100s的速度）来实现。当开关器件导通时，直流电源向负载供电；当开关器件关断时，直流电源被切断。通过控制开关器件的导通与关断时间，可以产生所需的交流电波形。

以三相并网型逆变器为例，其电路原理通常涉及DC-DC-AC的变换过程。首先，直流电经过DC-DC变换器升压到合适的电压等级；然后，经过主逆变电路转换为交流电；最后，通过滤波器和输出电路对交流电进行修正和调理，以满足并网要求。同时，微处理器电路负责实时监测电压、相位等参数，并进行电流相位反馈控制和光伏方阵最大功率跟踪等操作，以确保逆变器输出的交流电能够稳定、可靠地并网。

三、光伏逆变器的故障处理

光伏逆变器在运行过程中可能会遇到各种故障，以下是一些常见故障及其处理方法：

绝缘阻抗低：

使用排除法，将逆变器输入侧的组串全部拔下，然后逐一接上，利用逆变器开机检测绝缘阻抗的功能，检测问题组串。

找到问题组串后，重点检查直流接头是否有水浸短接支架或烧熔短接支架，以及组件本身是否在边缘地方有黑斑烧毁导致组件通过边框漏电到地网。

母线电压低：

如果出现在早/晚时段，则为正常现象，因为逆变器在尝试极限发电条件。

如果出现在正常白天，则使用排除法进行检测，方法与处理绝缘阻抗低类似。

漏电流故障：

根本原因是安装质量问题，如选择错误的安装地点、使用低质量的设备等。

故障点可能包括低质量的直流接头、组件、并网设备等。

可以通过洒粉找出点并做好绝缘工作解决问题；如果是材料本身问题，则只能更换材料。

直流过压保护：

随着组件功率等级和开路电压的上升，设计阶段必须考虑温度系数问题，避免低温情况出现过压导致设备硬损坏。

可以调整逆变器的过压保护阈值或优化组件的选型来解决问题。

逆变器开机无响应：

确保直流输入线路没有接反，特别是压线端子没有防呆效果时，需要仔细阅读逆变器说明书并确保正负极后再压接。

逆变器内置反接短路保护，在恢复正常接线后应能正常启动。

电网故障：

包括电网过压、欠压、过/欠频、无电压、缺相等问题。

解决方法包括找供电局协调电压、正确选择并网并严抓电站建设质量、检查并网线路和缺相电路等。

展示

以上内容涵盖了光伏逆变器的电路结构、工作原理以及常见故障处理方法，希望对解决您的问题有所帮助。

一文看懂逆变器的17种主要类型

逆变器的17种主要类型

逆变器是将直流电（DC）转换成交流电（AC）的装置。根据应用的输入源、连接方式、输出电压波形等，逆变器主要分为以下17种类型：

一、按输入源分类

电压源逆变器（VSI）：当逆变器的输入为恒定直流电压源时，该逆变器被称为电压源逆变器。其输入有一个刚性直流电压源，阻抗为零或可忽略不计。交流输出电压完全由逆变器中开关器件的状态和应用的直流电源决定。

电流源逆变器（CSI）：当逆变器的输入为恒定直流电流源时，该逆变器被称为电流源逆变器。刚性电流从直流电源提供给CSI，其中直流电源具有高阻抗。交流输出电流完全由逆变器中的开关器件和直流施加电源的状态决定。

二、按输出相位分类

单相逆变器：将直流输入转换为单相输出，标称频率为50Hz或60Hz，标称电压有多种，如120V、220V等。单相逆变器用于低负载，损耗较多，效率比三相逆变器低。

三相逆变器：将直流电转换为三相电源，提供三路相角均匀分离的交流电。每个波的幅度和频率都相同，但每个波彼此之间有120度的相移。三相逆变器是高负载的首选。

三、按换向技术分类

线路换向逆变器：交流电路的线电压可通过设备获得，当SCR中的电流经历零特性时，器件被关闭。这种换向过程称为线路换向。

强制换向逆变器：电源不会出现零点，需要外部源来对设备进行整流。这种换向过程称为强制换向。

四、按连接方式分类

串联逆变器：由一对晶闸管和RLC（电阻、电感和电容）电路组成，负载在晶闸管的帮助下直接与直流电源串联。也称为自换相逆变器或负载换向逆变器。

并联逆变器：由两个晶闸管、一个电容器、中心抽头变压器和一个电感器组成。在工作状态下，电容器通过变压器与负载并联。

半桥逆变器：需要两个电子开关（如MOSFET、IJBT、BJT或晶闸管）才能工作。对于阻性负载，电路工作在两种模式。

全桥逆变器：具有四个受控开关，用于控制负载中电流的流动方向。对于任何负载，一次只有2个晶闸管工作。

三相桥式逆变器：由6个受控开关和6个二极管组成，用于重负载应用。

五、按操作模式分类

独立逆变器：直接连接到负载，不会被其他电源中断。也称为离网模式逆变器。

并网逆变器：有两个主要功能，一是从存储设备向交流负载提供交流电，二是向电网提供额外的电力。也称为公用事业互动逆变器、电网互联逆变器或电网反馈逆变器。

双峰逆变器：既可作为并网逆变器工作，也可作为独立逆变器工作。可以根据负载的要求灵活切换工作模式。

六、按输出波形分类

方波逆变器：将直流电转换为交流电的最简单的逆变器，但输出波形不是纯正弦波，而是方波。更便宜，但谐波失真较大。

准正弦波逆变器：输出信号以正极性逐步增加，然后逐步下降，形成阶梯正弦波。谐波失真较低，但仍不是纯正弦波，对某些负载可能不适用。

纯正弦波逆变器：将直流转换为几乎纯正弦交流。输出波形具有极低的谐波，是大多数电气设备的首选。

七、按输出电平数量分类

两电平逆变器：有两个输出电平，输出电压在正负之间交替，并以基本频率（50Hz或60Hz）交替。在某些情况下，可能将三电平逆变器（其中一个电平是零电压）归入此类。

多电平逆变器（MLI）：将直流信号转换为多电平阶梯波形。波形的平滑度与电压电平的数量成正比，因此会产生更平滑的波形，适用于实际应用。

以下是部分逆变器的展示：

综上所述，逆变器根据不同的分类标准有多种类型，每种类型都有其特定的应用场景和优缺点。在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的逆变器类型。

分享拆解：DC风扇灯控制器的电路分析

DC风扇灯控制器的电路分析

DC风扇灯控制器是一种用于控制直流无刷电机（BLDC）和LED灯的电子设备。通过拆解和分析，我们可以深入了解其电路组成和工作原理。

一、电路组成

DC风扇灯控制器的电路主要由以下几部分组成：

AC-DC转换电路

功能：将输入的交流电（AC）转换为直流电（DC），并产生隔离的安全电压。

组件：控制器包含两个转换电路，一个为风扇电机供电的24Vdc电压，另一个为LED供电的36Vdc电压。分别采用LY6021和LY6018方案。

展示：

LED灯控制部分

功能：通过电源进行电压变换后，为LED灯提供稳定的直流电压，并通过MCU输出PWM信号进行调光和调色温。

组件：采用两通道的LED驱动IC，配合MCU实现调光调色功能。

工作原理：38VDC电压搭配36V LED光源接到两通道的LED驱动IC上，MCU通过输出两路PWM信号对其进行控制。

电机控制部分

功能：通过MCU输出PWM信号控制三相无刷电机的运行。

组件：包含MCU、MRF310无线接收IC、S4614双通道MOS管等。

工作原理：MCU输出6个PWM信号，控制三个两通道的MOS管依次上下导通，从而对三相电机进行控制。电机类型为直流无刷电机（BLDC），采用无霍尔器件FOC控制方式。

展示：

二、工作原理

AC-DC转换

输入的交流电经过整流、滤波和稳压等步骤，转换为稳定的直流电压。LY6021和LY6018分别负责为电机和LED提供所需的直流电压。

LED灯控制

经过AC-DC转换后的直流电压，为LED灯提供稳定的电源。MCU通过输出PWM信号，调节LED灯的亮度和色温。PWM信号的占空比决定了LED灯的亮度，不同的PWM信号组合可以实现色温的调节。

电机控制

MCU根据预设的算法和接收到的指令，输出6个PWM信号。这些信号通过驱动电路控制三个两通道的MOS管依次上下导通，形成三相逆变器，从而驱动直流无刷电机运行。

电机控制的关键在于确定换相的时刻，这主要通过检测电机线圈产生的反电动势来获得转子的位置。同时，还需要检测电机转速、电流大小等信息作为反馈输入，形成闭环控制。

三、总结

DC风扇灯控制器在硬件和软件方面都比AC风扇灯控制器更加复杂。特别是在电机控制方面，需要对BLDC电机进行精确的控制，包括换相时刻的确定、转速和电流的检测以及闭环控制算法的实现等。这些都对控制器的设计和制造提出了更高的要求。

通过拆解和分析DC风扇灯控制器的电路，我们可以更加深入地了解其工作原理和组成部分。这不仅有助于我们更好地理解电子设备的设计和制造过程，还可以为我们在实际应用中选择合适的控制器提供参考。

总览：

控制器正面：

PCB正面：

PCB背面：

IC LY6018：

电机拆解图：

英飞凌丨如何为光伏系统构建高效的三相混合逆变器（2）

为光伏系统构建高效的三相混合逆变器，需要关注以下几个关键点：

一、三相混合逆变器的拓扑结构选择

三相混合逆变器的拓扑结构是构建高效系统的基石。在选择拓扑结构时，需要综合考虑系统的效率、成本、可靠性以及控制复杂度。常见的三相混合逆变器拓扑结构包括三相全桥、三相半桥以及多电平结构等。

三相全桥结构：具有输出波形质量好、控制灵活等优点，但成本相对较高。三相半桥结构：成本较低，但输出波形质量可能稍逊于全桥结构。多电平结构：能够进一步降低谐波含量，提高系统效率，但控制复杂度也相应增加。

根据光伏系统的具体需求，如输出电压范围、功率等级以及成本预算等，选择合适的拓扑结构至关重要。

二、基于不同拓扑结构的Si、Hybrid和SiC方案的性能对比

在确定了拓扑结构后，接下来需要选择合适的功率器件方案。目前，市场上主要有硅（Si）、混合（Hybrid）以及碳化硅（SiC）三种方案可供选择。

Si方案：技术成熟，成本较低，但转换效率和功率密度相对较低。Hybrid方案：结合了Si和SiC的优点，能够在一定程度上提高效率和功率密度，同时保持较低的成本。SiC方案：具有更高的转换效率、更小的尺寸、更快的驱动速度以及更高的功率密度，但成本相对较高。

在实际应用中，需要根据光伏系统的性能要求、成本预算以及长期运行效益等因素进行综合考虑，选择最适合的功率器件方案。

三、基于不同拓扑结构的英飞凌功率器件推荐

英飞凌作为全球领先的半导体公司，提供了丰富的功率器件产品，能够满足不同拓扑结构和应用场景的需求。

对于三相全桥结构：英飞凌提供了高性能的SiC MOSFET和IGBT产品，能够显著提高系统的效率和功率密度。对于三相半桥结构：英飞凌的Si和Hybrid方案能够提供成本效益和性能之间的良好平衡。对于多电平结构：英飞凌的功率器件产品同样具有出色的表现，能够支持复杂的多电平控制策略，实现高效、稳定的运行。

在选择英飞凌功率器件时，建议与英飞凌的技术团队进行深入沟通，了解产品的具体性能、应用场景以及技术支持等信息，以确保所选产品能够满足光伏系统的实际需求。

四、其他关键组件和解决方案

除了功率器件外，光伏系统的高效运行还需要依赖其他关键组件和解决方案的支持。例如，英飞凌提供的蓝牙、WIFI等无线通信技术，可以实现光伏系统的远程监控和智能管理；传感器产品则可以实时监测系统的运行状态，提高系统的可靠性和安全性。

此外，英飞凌还提供了丰富的解决方案和服务，包括系统设计、技术支持、培训等，能够帮助客户快速构建高效、稳定的光伏系统。

总结：

为光伏系统构建高效的三相混合逆变器需要综合考虑拓扑结构选择、功率器件方案、关键组件和解决方案等多个方面。英飞凌作为领先的半导体公司，提供了丰富的产品和解决方案，能够满足不同客户的需求。在选择过程中，建议与英飞凌的技术团队进行深入沟通，了解产品的具体性能和应用场景，以确保所选方案能够满足光伏系统的实际需求，实现高效、稳定的运行。

（注：以上为示例，实际可能与文中描述有所差异。）

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