逆变器分辨

技术深度丨光伏逆变器在夜晚还能做补偿？

光伏逆变器在夜晚可以进行无功补偿。以下从基本原理、实现方式、运行步骤、优势等方面进行详细阐述：

逆变器规格书上的额定功率值（Power，单位W）是分辨逆变器功率大小的主要指标，此功率为交流侧电压乘以电流。当电压及电流最大值和最小值在完全相同的瞬间达到时，会产生最大功率，即逆变器最高功率输出值。当电压及电流在同一瞬间增加及减少，产生的功率在0 - 100%波动，时间拉长后平均下来成为P值。

实际上，电网中电压及电流不会在同一瞬间增加及减少，会有时间差距，即相位偏移。这是因为从远处发电厂传输电力到用户负载的线路，会让电流或电压增快或减慢。一旦两者有差距，电网公司就需增加额外能量以满足终端需求，这额外增加的部分就是无功功率（Q，单位Var）。当电压及电流差距达到90度差距时，平均下来的P = 0，而Q达到100%。

有功功率P和无功功率Q之和是视在功率S，它们不是单纯相加，而是作为矢量相加，有功功率P和无功功率Q形成直角三角形的斜边与视在功率S相对应，有功功率和视在功率之间的角度的余弦值是相位偏移功率因子φ。

人们使用的各种负载，如计算机充电器、吹风机、省电灯泡，以及带有马达的大型家具（洗衣机、电钻等）都会造成相位偏移情形。

无功功率降低了发电机和电网的供电效率，并造成线路电压损失及电能损耗等负担。因此，电网必需于变电站或缆线尾端设置一些成本高昂的无功补偿装置来稳定电网。这些补偿装置分为静态或动态模式产生无功功率，静态是指电网公司指定无功功率设定点，而无需考虑现场其他要求；动态补偿则为依据现场馈线和负载数据及时调整所需无功功率。在电力传输中，如果光伏电站里的逆变器的有功及无功功率可被有效控制，便是电网公司最完美的补偿首选。

根据世界各国电网的要求，中高电压光伏电站逆变器需有功率因子控制，以充分利用各地电网的容量。德国早在2009年便规定中电压太阳能电站必需有此控制功能。SMA是全球第一家研发此功能至逆变器的厂商，并长期与德国电网公司合作。SMA逆变器可经由以下控制方式调整功率因子提供电网公司达到最佳无功补偿效果：

Q(V)：根据电网电压调整无功功率。

Q(P)：根据逆变器有功输出来调整无功功率。

Q(S)：根据视在功率调整无功功率。

PF(P)：根据功率因子调整有功功率输出（0超前到0滞后）。

PFext：根据外部Modbus讯号调整功率因子（SCADA系统）。

Qext：根据外部Modbus讯号调整无功功率输出（SCADA系统）。

逆变器平日由光伏板提供的直流侧起动，通过“夜间无功补偿”功能，逆变器可保持整夜与交流侧的公共电网连接，并仅从电网消耗少数有功功率为其内部组件供电，进而提供电网公司所需要的纯无功功率作为补偿。

当日照不足导致逆变器发电过低，逆变器将从平日并网运行切换为“夜间无功补偿”运行。逆变器根据既有的静态参数设置或动态接收电网公司指令供给无功功率。由于这种状态也可能在白天出现，因此逆变器内部的直流开关首先保持关闭状态，以避免增加不必要的开关次数。

如果逆变器在“夜间无功补偿”下运行了一个小时，或者直流电流降至负值以下，则直流开关将打开，逆变器继续供给无功功率。

如果在直流开关打开后，电网侧电压与频率超出范围导致无功馈电中断，则将首先对直流电路进行预充电，以减少电子部件上的压力，此过程不超过一分钟。

一旦对直流电路进行了充分的预充电，交流接触器就会闭合，逆变器会监控电网极限。如果满足所有馈电要求，逆变器将在一分钟内恢复为无功功率馈电。

在逆变器提供无功功率的同时，逆变器会持续检查是否满足有功功率并网的条件。如回到白天日照充足满足并网要求后，逆变器将关闭直流开关并切换到平日并网运行模式。

SMA的逆变器最多可提供100%无功功率给电网。但在白天时如果操作提供过多无功功率，将会导致输出有功功率大幅减少。在夜晚时提供此功能意味着当无功功率为100%时，也不影响白天有功功率的发电量，减少业主收益损失。

“夜晚无功补偿”功能的成本支出大大低于电站额外安装功率因子补偿设备的成本。

逆变器死区吋间的硬件实现

逆变器死区时间的硬件实现方案

1. 数字电路实现方案

•专用PWM控制器芯片：例如TI的UCC3895、Infineon的XE166系列，通过内部计数器和比较器寄存器设置死区时间（通常0-100ns可调），直接生成带死区补偿的PWM信号

•FPGA/CPLD编程实现

2. 模拟电路实现方案

•RC延迟电路：利用电阻电容充放电特性，通过调节RC参数（典型值：R=1kΩ, C=100pF可实现约50ns延迟）产生固定死区时间

•施密特触发器+单稳态多谐振荡器：如使用74HC14配合74HC123，通过调节外接电阻电容精确控制脉冲宽度

3. 混合信号方案

•数字电位器+比较器：采用AD5260等数字电位器动态调整比较器参考电压，实现纳秒级可调死区控制

•高速运放构建延时电路：利用OPA699等高速运放构建可调延时线，延迟精度可达±2ns

4. 关键硬件参数

- 时间分辨率：数字方案可达10ns，模拟方案通常50ns以上

- 温度稳定性：数字方案±0.5%/℃，模拟方案±2%/℃

- 响应速度：数字方案<100ns，模拟方案200-500ns

- 典型调整范围：50ns-10μs（根据开关管特性调整）

注：死区时间设置需考虑功率器件关断特性（IGBT约0.5-1μs，SiC MOSFET约0.1-0.3μs），实际值应为关断时间的1.2-1.5倍。

stm32g4 pwm分辨率问题

STM32G4的PWM分辨率非常高，其高分辨率定时器（HRTIM）可达到184ps的分辨率。

一、高分辨率特点

STM32G4系列MCU在PWM输出方面具有极高的精确度和控制能力。这种高分辨率使得STM32G4非常适合需要高精度和高频PWM控制的应用。例如，在数字电源转换应用中，如D-SMPS（数字开关模式电源）、照明系统、焊接设备、太阳能系统逆变器以及无线充电等领域，STM32G4的高分辨率PWM能够提供更精细的控制，从而提高系统的性能和效率。

二、灵活的死区时间配置

除了高分辨率外，STM32G4系列还提供了灵活和精确的死区时间配置选项。死区时间是PWM控制中一个重要的参数，它用于防止在PWM信号切换过程中产生短路或损坏。通过灵活配置死区时间，STM32G4能够确保PWM信号在切换时更加安全、可靠。

三、硬件保护功能和更高的PWM分辨率

STM32G4系列MCU还具备改进的硬件保护功能和更高的PWM分辨率。这些功能使得PWM输出更加精确，尤其是在高频率和复杂控制应用中。硬件保护功能能够实时监测PWM信号的状态，并在出现异常时及时采取措施，从而保护系统免受损坏。而更高的PWM分辨率则使得STM32G4能够提供更精细的控制，满足更多样化的应用需求。

综上所述，STM32G4系列MCU在PWM分辨率方面表现出色，其高分辨率定时器（HRTIM）可达到184ps的分辨率，为高精度和高频PWM控制应用提供了强有力的支持。

三电平技术的优越性说明

三电平技术的优越性说明：

三电平技术相较于传统的二电平技术，在多个方面展现出显著的优越性。以下是对三电平技术优越性的详细阐述：

1. 输出波形更接近正弦波

三电平逆变器利用多个电平合成阶梯波以逼近正弦输出电压。由于较两电平逆变器多了一个输出电平，其输出的PWM波更接近于正弦波形，纹波含量更少。图3展示了三电平逆变电路输出的电压波形，与图2中的二电平逆变电路输出的PWM波形相比，可以直观地分辨出三电平输出PWM波形更平滑，更接近正弦波。

2. 开关损耗显著降低

在三电平逆变电路中，直流母线电压由两个IGBT分担，每个桥臂上的IGBT所承受的电压为直流侧输入电压的一半（U/2）。而在二电平逆变电路中，直流母线电压仅由一个IGBT承担，每个桥臂上的IGBT所承受的电压直接为直流侧输入电压（U）。因此，三电平逆变电路中IGBT在开始导通和关断结束时候承受电压为两电平的一半，这决定了三电平的IGBT开关损害比二电平的开关损耗要小很多。图4中的电压、电流趋势图也直观地展示了这一点，三电平逆变电路IGBT的开关损耗明显小于二电平。

3. 纹波电流更小、更少

纹波电流是指叠加在逆变器有用输出电感电流上的高频三角波电流，属于谐波不利成份，会降低输出电流质量，造成电网谐波污染。三电平技术通过降低IGBT承受的电压和提高开关频率，有效减小了逆变电感上的电压变化量（△U），从而降低了纹波电流的大小和数量。图5和图6分别展示了二电平和三电平逆变电路的纹波电流图示，可以明显看出三电平逆变电路的纹波电流更小、更少。

4. 高频化特性

三电平技术实现了低压IGBT的高频应用，使得逆变器的开关频率可以显著提高。高频化不仅提升了逆变器的补偿速度，还能决定所能实现补偿频域的宽窄。开关频率所处频段越高，滤波器能选择实现的滤波频段就越宽。因此，三电平滤波器可以选择补偿更高频段的谐波，而二电平滤波器则受限于较低的开关频率，补偿频域较窄。

5. 输出电感电容小

由于三电平逆变电路较二电平逆变电路开关元件IGBT承受的电压更低，IGBT可以实现的开关频率更高，滤波器的带宽可以更宽。这使得三电平逆变电路允许其LCL滤波器的截止频率设计的较高，从而可以减小滤波电感和滤波电容的值。电感和电容的值与体积成正比，因此三电平输出电感和电容体积可以设计得更小，滤波器整体设计可以趋于小体积模块化，利于安装应用。

6. 快速性

三电平滤波器应用电感小除了可以减小滤波器体积、降低损耗提升效率之外，也能提升滤波器响应速度，即输出电流的快速性。当电感上的电压一定时，电感L值越小，则电流变化率（didt）越大。这意味着相同时间内，逆变器能输出更大的电流，更及时地响应负载电流的变化。此外，低电压等级IGBT的快开通、快关断特性也使得三电平电路具备更好的开关特性和导通性，进一步提升了电路的响应速度。

综上所述，三电平技术在输出波形、开关损耗、纹波电流、高频化特性、输出电感电容以及快速性等方面均展现出显著的优越性。这些优越性使得三电平技术在电力电子领域具有广泛的应用前景和重要的研究价值。

方波和PWM电压型逆变器比较

1. PWM方波是一种特殊的PWM信号，其波形近似于方波。在PWM信号中，高电平和低电平的持续时间不同，这种时间上的不同被称为占空比。占空比越大，高电平持续的时间越长，低电平持续的时间越短，PWM方波的波形越接近于方波。

2. PWM方波的频率和占空比可以通过主从定时器配置实现。主从定时器可以设置主从关系，例如：可以用主定时器控制从定时器，而从定时器还可以控制从从定时器。通过配置主从定时器，可以实现任意相位，任意占空比的PWM方波。

3. PWM方波的频率、占空比和分辨率是相关的。频率是指单位时间内产生的脉冲数量，占空比是指一个脉冲中高电平占整个脉冲的份额，分辨率是指占空比的最小变化量。通过改变PWM方波的频率、占空比和分辨率，可以实现不同的控制效果。

4. PWM方波的输出需要微处理器的数字输出和模拟电路的控制。PWM方波的输出原理是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制，通过对脉冲宽度的控制来实现PWM方波的输出。

5. PWM方波的控制不仅限于FPGA，还可以使用STM32等微控制器实现。使用FPGA输出PWM方波需要设计相应的Verilog或VHDL代码，而使用STM32等微控制器输出PWM方波则需要配置相应的定时器和寄存器。

古瑞瓦特30se逆变器参数

古瑞瓦特30se逆变器的主要参数如下：

1. 组串电流

组串电流设计为13A，这种设计能适配大功率组件特性，有利于提升整体发电量。

2. 转换效率

最大效率可达98.8%，相比业界平均水平高出0.3%以上，能保障更高的发电量和效益。

3. 防护等级

具备IP66防护等级和C5防腐等级，确保设备在恶劣环境下稳定运行。

4. 防雷功能

具备最顶级的交直流二级防雷，有效保护设备免受雷击损害。

5. 安全检测

拥有直流拉弧检测AFCI 2.0，可准确分辨直流侧拉弧信号并及时处理，避免拉弧起火。

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