直流分量的产生与抑制机理-Toy模板网

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直流分量的并网标准

理论上，逆变器只输出交流电，而实际上，电流中会夹杂着少量的直流分量，这些直流分量会对电网设备造成严重危害。随着新能源产业的迅猛发展，世界各国也随之陆续出台了诸多的相关技术要求

对于隔离型光伏并网系统中允许最大直流电流
：额定电流的1%
对于非隔离型光伏并网系统中允许最大直流电流
：额定电流的1%

直流分量产生的原因和危害

直流分量产生的原因

直流分量产生的根本原因是逆变器输出的PWM波中夹杂有一定的直流分
量，最直接的表现就是电流正弦波零点偏移。光伏并网逆变器输出交流电中直流分量的来源主要为以下几个方面。
(1)基准正弦波中含有直流分量
正弦波产生电路一般由放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路四部
分组成。由于模拟元器件自身特性存在差异，以及其中运算放大器自身的零点漂移都会令所发正弦波存在一定量的直流分量。采用电流闭环控制，逆变器输出的电流波形与给定正弦信号波形基本一致，在器件都是理想的情况下，电流内环可以等效成受控比例放大器，这样即使基准正弦波中存在很小的直流分量，输出交流电流中也会形成较大的直流分量。
(2)控制系统中反馈电路中运算放大器的零点漂移引起的直流分量
在逆变器控制过程中需要采样电路对逆变器的电压、电流进行采样反馈。
首先通过电压、电流传感器直接检测逆变器输出的电压和电流，再在经过A／D转换器将采样的得到模拟量转换成数字量送到CPU。检测所用传感器一般为霍尔传感器，霍尔元件会存在非常小的零点漂移，但是由于反馈的系数很小，所以因此所产生的直流分量不可忽略。另外A／D转换器中的运算放大器也会有零点漂移的现象，同霍尔传感器一样也会令逆变器输出交流中存在直流分量。
(3)开关管特性差异引起的直流分量
开关管在某种程度上是存在一定差异的，如导通时饱和压降的不同，关断
时存储时间的不一致。这些差异引起开关管导通状态与预期的不一致，进而
可能引起输出PWM波的正负波形不对称，导致输出交流电流中存在直流分量。开关管的驱动信号不一致也会引起脉宽调制波周期积分不为零，进而产生直流分量。所以，在选择开关管的时候要尽可能的选择性能相似的开关管。
(4)脉冲分配和死区形成电路引起的直流分量
如果开关管死区时间不一致，则其导通时间也不一致，损耗也不一致，从
而导致逆变器输出交流电中含有直流分量。

直流分量的危害

直流分量注入电网会对电网设备造成极大的危害，主要表现为对电力变压
器的严重影响。电力变压器是电力系统中非常重要的设备，它是否正常运行将直接影响电网电能的传输和用户用电质量。直流分量注入电网会引起直流偏磁，这是影响变压器运行的根本原因。直流偏磁对变压的危害第一个方面是导致变压器磁芯每隔半个周期出现一次严重磁饱和，导致励磁电流严重畸变、谐波含量增大、变压器损耗增加进而引起电压降低，电力系统不能正常运行。同时变压器运行在磁饱和状态，会产生极大的噪声和振动。第二个方面是引起变压器严重磁饱和，此时将会使正常情况下在铁心中闭合的磁通部分离丌铁心，即漏磁通增加，使变压器金属结构件中的杂散损耗增加，可能导致其过热，破坏绝缘，损坏变压器或降低其使用寿命。
(1)噪声和振动增大。变压器的噪声主要来自铁心的磁致伸缩，磁致伸缩产
生的振动是非正弦的，所以噪声的频谱含有多种谐波分量。由于变压器噪声频率发生变化，可能会因某一频率与变压器结构部件发生共振，使噪声增大。
(2)谐波增大。直流偏磁会引起变压严重磁饱和，此时变压器的铁芯工作在
饱和区，导致变压的漏磁通增加并输出较大谐波。
(3)无功损耗增加。直流偏磁会引起变压严重磁饱和，变压器功率因数下降，
无功损耗增加。进而导致电网电压跌落，严重时会令整个电网崩溃。

直流分量的抑制方法

虚拟电容控制策略抑制直流分量

电容具有隔直的作用，若将电容直接串联在逆变器输出端即可隔离掉直流
分量。但是交流基波电压流过电容，会在电容上造成极大的损失。若要减小基波在电容上的损耗，需要选择容量非常大的电容，这就导致整个设备的体积和重量上升，同时也增加了成本，严重的是会降低系统的传输效率。
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控制系统的传递函数

式中G(s)是电流调节器传递函数，
其传递函数为：
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