Inverter

SHI TingNa, WANG Jian

1 Introduction

An inverter is an electrical device that converts direct current (DC) to alternating current (AC); the converted AC can be at any required voltage and frequency with the use of appropriate transformers, switching, and control circuits.Solid-state inverters have no moving parts and are used in a wide range of applications, from small switching power supplies in computers, to large electric utility high-voltage direct current applications that transport bulk power. Inverters are commonly used to supply AC power from DC sources such as solar panels or batteries.

There are two main types of inverter. The output of a modified sine wave inverter is similar to a square wave output except that the output goes to zero volts for a time before switching positive or negative. It is simple and low cost and is compatible with most electronic devices, except for sensitive or specialized equipment, for example certain laser printers. A pure sine wave inverter produces a nearly perfect sine wave output (lt;3% total harmonic distortion) that is essentially the same as utility-supplied grid power. Thus it is compatible with all AC electronic devices. This is the type used in grid-tie inverters. Its design is more complex, and costs 5 or 10 times more per unit power The electrical inverter is a high-power electronic oscillator. It is so named because early mechanical AC to DC converters were made to work in reverse, and thus were 'inverted', to convert DC to AC.The inverter performs the opposite function of a rectifier.

2 Applications

2.1 DC power source utilization

An inverter converts the DC electricity from sources such as batteries, solar panels, or fuel cells to AC electricity. The electricity can be at any required voltage; in particular it can operate AC equipment designed for mains operation, or rectified to produce DC at any desired voltageGrid tie inverters can feed energy back into the distribution network because they produce alternating current with the same wave shape and frequency as supplied by the distribution system. They can also switch off automatically in the event of a blackout.Micro-inverters convert direct current from individual solar panels into alternating current for the electric grid. They are grid tie designs by default.

2.2 Uninterruptible power supplies

An uninterruptible power supply (UPS) uses batteries and an inverter to supply AC power when main power is not available. When main power is restored, a rectifier supplies DC power to recharge the batteries.

2.3 Induction heating

Inverters convert low frequency main AC power to a higher frequency for use in induction heating. To do this, AC power is first rectified to provide DC power. The inverter then changes the DC power to high frequency AC power.

2.4 HVDC power transmission

With HVDC power transmission, AC power is rectified and high voltage DC power is transmitted to another location. At the receiving location, an inverter in a static inverter plant converts the power back to AC.

2.5 Variable-frequency drives

A variable-frequency drive controls the operating speed of an AC motor by controlling the frequency and voltage of the power supplied to the motor. An inverter provides the controlled pow

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逆变器

SHI TingNa, WANG Jian

1引言

逆变器是一种电动装置，转换成直流电（DC），交流电流转换的AC（交流）可以在任何所需的电压和频率使用适当的变压器，开关，控制circuits.Solid状态逆变器有没有移动部件，用于广泛的应用范围从小型计算机开关电源，高压大型电力公司电力，运输散装直接电流应用。逆变器通常用于提供交流电源，直流电源，如太阳能电池板或电池。

逆变器的主要有两种类型。修改后的正弦波逆变器的输出是类似方波输出，输出变为零伏前一段时间切换积极或消极的除外。它是简单，成本低，是大多数电子设备兼容，除敏感或专用设备，例如某些激光打印机。一个纯正弦波逆变器产生一个近乎完美的正弦波输出（lt;3％的总谐波失真），本质上是相同的公用事业提供电网。因此，它是与所有的交流电的电子设备兼容。这是在电网领带逆变器使用的类型。它的设计更复杂，成本5或10倍以上每单位功率电逆变器是一个高功率的电子振荡器。它这样命名，因为早期的机械AC到DC转换器工作在反向，因而被“倒”，将直流电转换AC.The变频器执行的整流器对面功能。

2应用

2.1直流电源利用率

逆变器从交流电力来源，如电池，太阳能电池板，燃料电池的直流电转换成。电力，可以在任何所需的电压，特别是它可以操作交流电源操作而设计的设备，或纠正，以产生任何所需的voltage Grid领带逆变器的直流送入分销网络的能量，因为它们产生电流交替使用相同的波形和频率分配制度提供。他们还可以关掉一个blackout.Micro逆变器的情况下自动转换成交流电电网的电流直接从当前个别太阳能电池板。默认情况下，他们是格领带设计。

2.2不间断电源

不间断电源（UPS），电池和逆变器，交流电源，主电源不可用时使用。当主电源恢复正常时，整流提供直流电源给电池充电。

2.3感应加热

逆变器的低频交流主电源转换到更高频率的感应加热使用。要做到这一点，首先纠正交流电源提供直流电源。逆变器，然后改变高频率的交流电源，直流电源。

2.4高压直流输电

随着高压直流输电，交流电源经过整流和高压直流电源传输到另一个位置。在接收的位置，在静态逆变器厂逆变器转换回交流电源。

2.5变频驱动器

一个变频驱动控制向电动机提供电源的频率和电压控制交流电机的运行速度。逆变器提供控制电源。在大多数情况下，变频驱动，包括整流器，使逆变器的直流电源，可从交流主电源提供。由于逆变器是关键部件，变频驱动，有时被称为逆变器驱动器，或只是逆变器。

2.6电动汽车驱动器

目前使用的权力，在一些电动和柴油 - 电动轨道车辆以及一些电池的电动汽车和混合动力电动公路车辆，如丰田Prius和菲斯克噶牵引电机调速电机控制逆变器。变频技术的各种改进正在开发专门用于电动汽车的应用。[2]在再生制动的车辆，逆变器也需要从电机（作为发电机）的权力，并储存在电池中。

2.7一般情况下

一个变压器，使交流电源转换为任何所需的电压，但在相同的频率。直流逆变器，加上整流器，可以被用来转换从任何电压，交流或直流，任何其他的电压，也交流或直流，在任何所需的频率。输出功率不能超过输入功率，但效率高的余热消耗的功率小的比例。

3电路描述

3.1基本设计

在一个简单的逆变电路，直流电源连接到变压器初级绕组中心抽头通过。一个正在迅速来回切换开关允许电??流流回直流电源后，两个备用路径，然后通过初级绕组的一端其他。在变压器的初级绕组中的电流方向交替产生交流电（AC）在二次回路。

机电开关设备的版本包括两个固定触点和支持动触头弹簧。春天拥有对固定触点之一的可移动的接触和电磁铁拉动产接触到相对固定的联系。在电磁铁的电流被中断的开关，使开关不断来回切换迅速的行动。这种机电逆变器开关的类型，称为一个振动器或蜂鸣器，曾一度被用于真空管汽车收音机。类似的机制已被用于门铃，蜂鸣器和纹身枪。当他们成为具有足够的额定功率，晶体管和其他各种类型的半导体开关逆变电路设计已纳入。

3.2输出波形

如上所述，在简单的逆变器开关时不耦合到输出变压器，产生一个方形的电压波形作为反对的是平常的交流电源波形的正弦的波形，由于其简单的关闭和对自然的。使用傅立叶分析，周期性波形表示作为正弦波无穷级数的总和。原始波形正弦波具有相同的频率被称为基本组成部分。其他正弦波，称为谐波，该系列包括有频率是基本频率的整数倍。

需要从变频器的输出波形的质量取决于所连接的负载的特点。一些负载需要一个近乎完美的正弦波电源电压才能正常工作。方波电压与其他负载可能工作得非常好。

3.3三阶段逆变器

用于三相逆变器变频驱动应用和高功率应用，如高压直流输电。一个基本的三个单相逆变器的三相逆变器组成，每个交换机连接到三个负载端子。三层交换机的运作最基本的控制计划，协调，使一台交换机工作在60度的基本输出波形的每个点。这将创建一个线到线输出波形有六个步骤。六步波形方波是3的倍数的谐波消除如上所述的正面和负面的部分之间的零电压的一步。当舰载PWM技术应用于六步波形，基本整体造型，或信封的波形，保留3次谐波及其倍数，使被消除。

4历史

4.1早期的逆变器

从十九世纪末到二十世纪中叶，直流 - 交流功率转换完成使用旋转器或马达发电机组（爵套）。在二十世纪初，真空管和充满气体管开始被用于逆变器电路中的开关。最广泛使用的管型晶闸管。

机电逆变器的起源解释源长期变频器。早期的AC至DC转换器采用感应或同步交流电机直接连接到一台发电机（发电机），使发电机的整流子扭转在正确的时刻其连接生产直流。后来的发展是同步的转换器，电机和发电机绕组结合成一个电枢，一端与滑环和整流子在其他只有一个领域的框架。结果要么是交流，直流。与MG组，直流，可考虑将分别从AC生成，同步器，它在一定意义上可以认为是“机械纠正交流”。由于正确的辅助设备和控制设备，MG集或旋转转换，可以“倒着跑”，将直流转换为交流电。因此，逆变器是一个倒置的转换。

4.2可控整流逆变器

自从1957年初年初以来，晶体管不能提供足够的电压和额定电流最逆变器应用，它是1957年的晶闸管或可控硅（SCR）的介绍，开始过渡到固态逆变电路。

可控硅的换相的条件是在可控硅电路设计的关键考虑因素。不要关闭可控硅整流自动门控制信号被切断时。他们只关闭当正向电流降至低于最低维持电流，每一种可控硅变化，通过一些外部进程。对于连接到交流电源的可控硅，整流发生自然每次源??电压极性反转。可控硅直流电源连接到通常需要强迫换，强制要求减刑时电流为零的一种手段。最复杂的可控硅电路采用自然，而不是被迫换减刑。此外被迫换电路，可控硅已被用于在以上所述的逆变器电路的类型。

在逆变器传输到AC电源由直流电源供电的应用程序，它可以使用交流 - 直流可控整流电路的反演模式经营。在反演模式，可控整流电路整流逆变器行。这种类型的操作，可用于高压直流输电系统和再生制动电机控制系统的操作。

另一种类型的可控硅逆变电路是电流源输入（CSI）逆变器。一个CSI逆变器是一个六步的电压源逆变器的双。用一个电流源逆变器，直流电源作为电流源而非电压源配置。变频器可控硅开关在六步序列直接阶梯电流波形作为一个三相交流负载的电流。沪深逆变器换方法包括整流负载和并联电容器减刑。这两种方法，输入电流调节协助减刑。带整流负载，负载是在领先的功率因数运行的同步电机。因为他们已经成为在更高的额定电压和电流，如可以通过控制信号的晶体管或IGBT的半导体已成为首选开关元件逆变电路使用。

4.3整流器和逆变器的脉冲数

整流电路往往流的每个周期的AC输入电压整流的直流侧电流脉冲的数量分类。单相半波整流是一个脉冲电路和单相全波整流是两个脉冲的电路。一个三相半波整流是一个三脉冲电路和三相全波整流是一个六脉冲电路。两个或两个以上的整流器三相整流器，有时串联或并联连接以获得更高的电压或额定电流。提供特种变压器提供相移输出整流器的输入。这有相乘法效应。六个阶段是从两个变压器，12个阶段从三变等。 12脉冲整流器，18脉冲整流器等相关的整流电路。当可控整流电路的反演模式在运作，他们将分为脉冲数也。整流电路具有较高的脉冲数减少交流输入电流和减少直流输出电压纹波的谐波含量。在反演模式，有较高的脉冲个数的电路，在AC输出电压波形的谐波含量较低。

交流发电方式

1分布式发电

摘要:分布式发电有灵活性高、成本和损耗低、节能环保等优点，然而，分布式发电的并入给配电网系统的监控和管理带来了一系列技术难题，研究如何介理应用智能电网技术以保证分布式电源的无缝并网具有重要意义。文章概述了分布式发电技术和智能电网技术的发展概况，在此基础上将分布式发电的控制思想引入智能电网中，重点分析了二者结介应用的情况，并探讨了未来的发展方向。

1.1分布式发电的概念

分布式发电(distributed generation, DG)的概念最早于1978年在美国公共事业管理政策法中提出。其定义可概括为:直接布置在配电网或分布在负荷附近的发电设施，经济、高效、可靠地发电.

分布式发电系统中的发电设施称为分布式电源，主要包括风力发电、太阳能发电、燃料电池等。这些电源通常发电规模较小(一般50 MW以下)且靠近用户，一般可以直接向其附近的负荷供电或根据需要向电网输出电能。

分布式发电与传统模式相比具有如下特点：

1)可靠性。分布式电源多采用性能先进的中小型、微型机组，开停机方便、操作简单且各电站相互独立，不会发生大规模的供电事故。

2)经济性。减少了由电能远距离传输所带来的线损和各种稳定方面的问题。

3)灵活性。分布式电源投资小、占地少、建设周期短，有利于在较短时问内解决电力短缺问题。

4)环保性。分布式电源可使用天然气、可再生能源等清洁能源为燃料，大大减少了温室气体的排放。此外，就近供电模式减少了大容量远距离高电压输电线建设，减少了高压输电线的电磁污染。

1.2国内外研究和应用现状

近年来，分布式发电技术以其独有的环保性和经济性引起越来越多的关注。英国纽卡斯尔大学致力于研发综合的分布式能源系统评估软件，拟用于微型燃料电池、燃气轮机和燃气内燃机驱动的分布能源系统的设计、优化、应用以及监控。澳大利亚相关研究机构亦在纽卡斯尔建立能源研究中心，提供分布式能源方面最新的研究成果和开发设施。美国的加州大学、ELCOM公司、西门了分布式白动化机构等研究机构，均针对分布式能源系统制定了系统的研究规划。此外，国际能源机构正联合33个国家进行国际性能源技术研发合作，该项目包括化石燃料技术、分布式能源系统、终端用户的能效技术等。

在我国，分布式电源方面的研究相对较少，且大多集中在电源本身，在分布式电源对电力系统规划、运行、监测等方面影响的研究仍围绕在定性分析上。西安交通大学以100 kW微型燃气轮机为核心，建立了以酒店为应用对象的分布式能源系统;华北电力大学的能源清洁与重点利用实验室，建立了双源可逆型供暖(空调)系统实验平台;上海理工大学以微型燃气轮机为核心，结合补燃余热锅炉、补燃吸收式制冷机、蓄冷蓄热系统等建设了示范型“能源岛”;中科院工程热物理所也进行了许多分布式能源系统先进系统方式及相关评价方面的研究。在分布式能源的应用方面，欧、美、日等已走在了世界的前列。欧洲分布式电源的发展处于世界领先水平，截止到2004年，丹麦、荷兰、芬兰分布式能源的发电总量分别占国内总发电量的52%,38%和36%。同一阶段，美国分布式发电总容量也达到了67 GW，约占美国国内总发电量的7%。在日本，分布式电源的发电量占总用电量的25%一33%之问。丹麦在2007年公布的《丹麦能源政策展望》中指出其目标为到2025年可再生能源发电的比重至少增加至30%;风力发电的比重将从目前占全国电力消耗的25%上升至50%。美国电力科学研究院的研究表明，到2010年全球25%的电能由小于2MW的分布式电源提供，并且分布式电源所占市场份额将达到20%。

在我国，在已建中央电站及电网的基础上，大力发展分布式发电技术将是我国电力系统未来发展的必然趋势。随着我国经济建设的发展，集中式供电网络的规模扩大，由于地域经济的差异，对于落后的农村地区，特别是农牧地区和偏远山区，要形成一定规模的配电网络需要很大的投资，能源供应严重制约这些地区的经济发展，分布式发电技术能够弥补集中发电模式的局限性。在我国西北的广大农村地区风力和太阳能资源比较丰富，为分布式发电技术的发展提供了条件，内蒙古已经形成了年发电量1亿kWh的规模，除白用外，还送往北京地区，这种无污染绿色能源减轻了当地环境的污染。在可再生能源分布式发电系统中，除了风力发电外，还有太阳能光伏电池、中小水电等都是解决我国偏远地区缺电的较好方法。目前，我国最大的分布式能源项目一一广州大学城分布式能源站近日竣工投产，第一期2台78 MW的发电机组正式投入商业运营。

1.3分布式电源接入电网后对电力系统的影响

分布式电源接入电网后，配电网从放射状结构变为多电源结构，这对原有电力系统产生了一定的影响，可主要概括如下:

1. 对系统规划问题的影响。电力系统的负荷预测和规划问题会随着分布式电源的接入而变得更加复杂化。一方面，分布式电源分散性的特点使得系统负荷增长情况变得更加难以预测，继而影响系统的后续规划;另一方面，众多网络结构中寻找最优布置方案的问题也随着发电机节点的增多而变得更加复杂。此外，分布式能源多样化的特点也使得如何在

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