太阳能并网逆变电源变压器直流偏磁的抑制
变压器直流偏磁抑制措施的研究
１ ０～ １ ５ ｄ Ｂ 考虑。即 现代变压器绕组（ 磁密设计值１ ． ７ Ｔ） 中 允许流过的接地
极直流 电流 ，对 ０ 或 ０ ／ ０ 接线 的 ２ ２ ０ ｋ Ｖ及以上电压等级的变压器 ，可按 （ ２ ． １ ） 式估算 ： Ｕ １ ｉ ＝ ± ２ ： ± ２１ ／ ３ Ｕ１ Ｕ１ ￣
ｋ Ｖ ；Ｐ 为变 压器额定 容量 ． ； 为与变压器设计有关 的系数 ，一般单
点接地线上 串联 限流 电阻 ，可 以有效地抑制中性点的直流 电流。 中性点 串联 电阻限制流过中性点的直流 电流方法原理简单 ，实施容易 ；但对 所 串联 的电阻 的耐受电压及热容量具有很高的要求， 更重要 的是改变了系统结构 ， 继 电保护及 自 动化装置均需重新整定 ，绝缘配合也要作相应校验 。 为满足 限流的要求 ，装设的限流电阻阻值应足够大 。但是 串联大 电阻不能保 证 系统可靠 接地 ，若在故障时用放 电间隙将此 电阻旁路 ，会使系统接地 阻抗不连 续 ，使继 电保 护配置复杂化。另外 ，当系统发生故障时 ，还会导致变压器 中性点 过 电压等一 系列 问题 。 在变压器 中性点串接电阻器限制地 中直流流人的可行性 ，并从抑制 中性点直 流与过 电压效果和继 电保护角度分析及校核了中性点 电阻器对 系统造成的影响。 ３ ． ３ 交流输 电线串联 电容 在变压器绕组 出线处 串联耦合电容以阻断直流电流 。 在一个 电压 等级的输电线路上装设 串联 电容并不能 限制直流 电流通过 自耦变 压器 流到另一电压等级的线路 ，必须在与交流系统相联 的所有 出线上 均装设 串联 电容器 ，才能有效地抑制和消除流过相关变压器中性点 的直流 电流 。 ３ ． ４ 改善 电网 中直流 电流的分布 在上述方 法实际操作中发现 ，为消除某 台变压器 的直流偏磁而不得 已断开接 地 ，但却使 其它变电站的变压器 中性点直流 电流增大并 引起 了直流偏磁 。所 以， 在 电流超标 的变压器 中性点安装抑制装置不能从 根本上解决该 问题 。 以全 网变压 器中性 点接地电流小超标为 目标 ，在分析直流网络 的基础上提 出 基 于伴 随网络的接地电阻优化配置方法 。在每次迭代求解过程 中，在 考虑了接地 支路 的约束 条件下修改灵敏度最高的接地支路接地 电阻，直到所有接地 支路 的中 性点 电流小于其 限值对接地 电阻进行优化。 该方法较 为新颖 ，理论 上可以达到最优效果。但需要对电网 内土壤 电阻率 的 分布 、电网参数 及变电站接地网情况等资料充分掌握 ，且其数学模型及计算方法 均 比较复杂 。 ３ ． ５ 降低 变压器运行工作点 当电力变压器 运行 于铁 心励磁特性曲线上的不同工作点时 ，其承受直流偏磁 电流干扰 的能力 会受到一定的影响。随着运行工作点 的降低 ，同样幅值 的直流偏 磁 电流所产 生的干扰将会有所减弱 。该方法不用添加任何设备 ，易实施 ，经济性 好 ；缺点是效果不 明显 ，不能合理利用变压器容量。
变压器直流偏磁对光伏并网逆变器的影响及抑制方法
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偏磁，对网 侧 电流产生很大影 H向。
为了便于分析 ， 功率因数井网发电 ， 同相交流电流源 ，
(a)输入无芷[流分虽
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考虑到并网逆变器通常以单位 可将其简 化 为与电网电压同频
而 边 变器输出的直流分量可等效
向过霉点 ， 如图 3 所示 。
为 简单且动态响应快 ， 但其开关频率受滞环带宽的
影响较大 ， 不便于设计滤波器。 PT 控制算法简单且 可靠性高 ， 但其对交流量进行控制会产生较大的稳
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2013 年
12
月
第 28 卷第 12 期
电 工技术 学 报 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY
Vo 1. 28 No. 12 Dec. 2013
变压器直流偏磁对光伏并网逆变器的
影响及抑制方法
王 翔郝瑞 祥王
北京
直流偏磁对变压器的影响及抑制措施
直流偏磁引起的高振动给变压器本身带来的问题比噪声更加严重，可能会导致变压器内外相关部件松动。例如，轴向压板、压钉、拉板以及地脚螺丝等。绕组绝缘的磨损，从长期来看，对变压器绝缘和抗短路冲击能力会有较大损害。
（2）谐波增大。当铁心工作在饱和区时，漏磁通会增加，在一定程度上使电压波峰变平，谐波电压和电压总谐波畸变率增大。此时，变压器成了交流系统中的谐波源，从而带来一系列问题。如系统电压波形畸变、滤波器过载、继电保护误动、合空载长线时产生持续过电压、单相重合闸过程中潜供电流增加及断路器恢复电压增高等。
4.4反向注入抑制
反向注入抑制是在变压器中性点注入一个反向直流电流来抵消原来的偏磁电流，其原理如图5
所示。在变电站外补偿接地极与变压器中性点之间注入直流电流，该电流部分经由变压器绕组和电网再回到补偿接地极。通过控制直流发生装置输出直流电流的方向和大小，就可以达到抵消变压器中性点原有直流电流的目的。反向注入抑制不影响运行系统的参数，但技术要求较高，比较复杂。
可以产生2 000MJ的热量。因此，串联的电阻具有低阻值、大容量的特点，一般为几个欧姆。同时，变压
器中性点的绝缘水平也需进行论证核算。从图3可
图2直流电流对变压器励磁电流的影响变电站A变电站B变压器及输电线路等效直流电阻中性串接电阻器
A站地网接地电阻B站地网站间大地等接地电阻效直流电阻
A站、B站之间直流电位差
太阳耀斑活动导致地磁暴时，太阳风和射线流袭击地球，使地磁场的水平和垂直分量发生变化，在地球表面诱发电位梯度。当其作用于中性点接地变压器时，就会产生地磁感应电流，其频率在0.001Hz～0.01Hz之间，典型幅值为10A～15A，有的可达到200A[4]。
由直流输电和地磁暴产生的直流电流，当其通过变压器中性点接地点及输电线路组成的通路流经两侧绕组时，在变压器铁心内部产生一定的直流磁通，使得磁通在正、负半周明显不对称，发生偏移，从而产生直流偏磁。当变压器绕组无直流分量，励磁电流i（t）工作在铁心磁化曲线"（t）的线性段时，铁心中的磁通为正弦波，励磁电流也是正弦波（如图2中实线所示）。当发生直流偏磁时，励磁电流工作在铁
SPWM全桥逆变器输出变压器直流偏磁的抑制
SPWM全桥逆变器输出变压器直流偏磁的抑制相对半桥逆变器而言，SPWM全桥逆变器的开关电流减小了一半，因而在大功率场合得到了广泛应用。
在SPWM全桥逆变器中，为实现输入输出之间的电气隔离和得到合适的输出电压幅值，一般在输出端接有交流变压器。
在SPWM控制的全桥逆变器中，因各种不可预见的因素，会导致输出变压器存在直流分量，引起单向偏磁现象。
偏磁可以说是SPWM全桥逆变器中的一种通病，只是在不同的场合严重程度不同而已。
变压器的偏磁，轻则会使变压器和功率半导体模块的功耗增加，温升加剧，变压器机械噪音大（变换器开关频率或调制频率在音频范围内时），严重时还会损坏功率模块，直接威胁到系统的正常运行。
为了防止或减少变压器中的直流分量，本文以逆变桥各桥臂与中点直流电压及变压器原边的直流电流作为反馈量来抑制直流偏磁。
采用这种方法设计的电路，经在1 0kHz/15kW的全桥逆变电源中应用，证明该电路有效、实用。
高频变压器偏磁机理偏磁是指加在变压器两端的正反向脉冲电压的伏秒乘积不等，从而造成变压器磁芯的磁滞工作回线偏离坐标原点的现象。
工作时变压器的磁感应强度可表示为：励磁电流Iμ的变化率为：式中，U1为变压器初级电压；Ae为铁心截面积；N1为初级绕组匝数；L0为变压器铁芯磁路长度；μ0为空气磁导率；μr为变压器铁心相对磁导率。
在SPWM全桥逆变器中，由式(1)可知，若输出变压器初级电压正负半周波对称，则正负半周波伏秒积相等，其正反向最大工作磁感应强度Bmax也相等，铁芯磁工作点沿着磁滞回线以中心对称地往复运动。
由图1所示的变压器磁芯磁化曲线可见，此时没有偏磁存在。
反之,若输出变压器初级电压正负半周波不对称，正负半周波伏秒积不相等，则正负半波磁感应强度幅值也不同，磁工作区域将偏向第一或第三象限，即形成直流偏磁。
从而导致变压器铁芯饱和，偏磁的持续积累最终会使铁芯进入深度饱和，磁工作点进入非线性区，铁心相对磁导率?滋r迅速减少。
太阳能并网逆变电源变压器直流偏磁的抑制
1 引言太阳能并网逆变电源多采用SPWM 桥式逆变电路作为主电路。
在实际运行过程中，由于多种因素的影响，桥式逆变电路最终输出的电压脉冲序列在一个基波周期内正负半周伏秒不平衡，从而导致加在变压器初级的电压含有直流分量，造成直流偏磁[1]对并网逆变器的运行造成较大危害。
分析了太阳能并网逆变电源变压器产生直流偏磁的原因，提出了基于DSP 的输出变压器初级电流直流分量检测及反馈控制方案，有效抑制了输出变压器的直流偏磁。
2 直流偏磁现象产生的原因分析图1 示出太阳能并网逆变器的桥式逆变电路拓扑。
该电路输出端通过工频隔离变压器与电网连接，电网用交流电压源等效。
电路中IGBT 的驱动信号是SPWM 脉冲序列，得到的输出电压uo的波形为SPWM 波形（单极性倍频调制）.输出电流出现一定的直流分量流入变压器中，引起单向偏磁。
造成逆变器偏磁的因素主要有[3]：①控制系统运算误差产生的直流分量；②并网逆变器停止运行瞬间变压器剩磁产生的直流分量；③驱动电路元件参数分散性引起的直流分量；④主电路参数分散引起的直流分量；⑤电网电压畸变引起的直流分量。
3 直流偏磁对并网逆变器的不良影响ImDC在变压器铁心中磁感应出一直流磁感应强度Bd作为交变磁场的工作点。
并网逆变器中隔离变压器次级与电网并网，初级电压uT为正弦电压，即：uT=UTmsinωt（4）式中：UTm为电压幅值；ω为角频率。
设变压器初级匝数为N1，该电压在变压器铁心中产生磁通Φ1，则有：UTmsinωt=N1dΦ1/dt（5）可求得Φ1的幅值即交流电压引起的磁通摆幅：ΔΦm=UTm/（ωN1）（6）最大工作磁感应强度，即交变磁通引起的磁感应强度为：ΔBm=ΔΦm/A（7）式中：A 为变压器铁心截面积。
为充分利用变压器铁心，设计变压器时一般将ΔBm选择在饱和磁感应强度Bs附近[4]，即ΔBm≈Bs。
正常情况下，变压器工作时磁感应强度变化范围为[-Bm，Bm]。
当有直流磁通Φd存在时，变压器工作的磁感应强度变化范围变为[-Bm+Bd，Bm+Bd]，显然变压器工作的磁感应强度有可能超过Bs，即m+Bd>Bs。
逆变器输出电压直流分量产生原因与抑制方法
逆变器是一种将直流电转换为交流电的电力转换装置，广泛应用于太阳能发电系统、风能发电系统以及工业和家庭电力供应等领域。
然而，在逆变器的输出中，常常会存在直流分量，这种直流分量会对系统产生一定的负面影响。
本文将深入探讨逆变器输出电压直流分量产生的原因以及抑制方法，并分享我的观点和理解。
一、逆变器输出电压直流分量产生原因在分析逆变器输出电压直流分量产生的原因之前，我们首先需要了解逆变器的工作原理。
逆变器一般是通过将输入的直流电源转换成高频交流电，再通过滤波电路得到纯净的交流电。
然而，在实际应用中，由于各种原因，逆变器输出电压中会存在一定的直流分量。
1.非完全对称的电路设计：逆变器电路中的不对称设计可能导致输出电压中存在直流分量。
输出电容器的电感不一致或存在串联阻抗不均匀，都可能引起输出电压中的直流分量。
2.负载非线性：逆变器在实际应用中经常用于驱动非线性负载，例如电动机、变频空调等。
这些非线性负载在工作时会产生谐波电流，而谐波电流则会导致输出电压中存在直流分量。
3.电缆电感和电容的影响：由于电缆的电感和电容等参数，当逆变器输出电流变化时，会形成一个非零的平均电压，从而产生直流分量。
4.逆变器控制算法的限制：逆变器的控制算法和调制技术也可能导致输出电压中存在直流分量。
某些PWM控制策略可能无法完全消除直流分量。
二、逆变器输出电压直流分量的抑制方法为了消除逆变器输出电压中的直流分量，我们可以采取以下方法：1.谐波滤波器：对于存在谐波电流引起的直流分量，可以在逆变器输出端添加谐波滤波器。
谐波滤波器能够有效地滤除谐波电流，减小直流分量的产生。
2.电容耦合器：逆变器的输出端串联一个电容耦合器，可以通过其高阻抗性质来减小输出电压的直流分量。
这种方法适用于直流分量较小的情况。
3.控制算法优化：改进逆变器的控制算法和调制技术，使其更好地消除直流分量。
使用基于空间矢量调制的PWM技术可以减小逆变器输出电压的直流分量。
4.平衡输出电感：保证逆变器输出电压中电感的平衡性，通过设计合理的输出滤波电路，减小直流分量的产生。
变压器直流偏磁抑制技术
并联电阻
通过在变压器励磁支路中 并联电阻来消耗直流电流 分量，从而抑制直流偏磁 。
磁通补偿
通过在变压器铁芯中加入 额外的磁通补偿线圈，以 产生与直流磁通相反的磁 通，从而抵消直流偏磁。
磁性材料法
磁性材料屏蔽
利用高导磁率的磁性材料制成屏蔽层，将变压器铁 芯包裹在内，以减小直流磁通对铁芯的影响。
磁性材料补偿
优化建议二
采用磁屏蔽技术。在变压器周围设 置磁屏蔽，可以防止直流偏磁对变 压器的影响。
优化建议三
采用电流补偿技术。通过在变压器 励磁电流中加入补偿电流，可以抵 消直流偏磁引起的电流变化，从而 降低变压器损耗。
05
结论与展望
Chapter
研究结论
变压器直流偏磁抑制技术可以有效防止变压器发生直流偏磁现象，提高电力系统的 稳定性。
利用高导磁率的磁性材料制成补偿线圈，连接在变 压器励磁支路中，以产生与直流磁通相反的磁通， 从而抵消直流偏磁。
机械法
机械调整
通过调整变压器的机械结构，改变铁 芯的静态和动态磁路，从而减小直流 磁通对铁芯的影响。
机械振动
通过在变压器铁芯上施加机械振动， 使铁芯在振动过程中产生动态偏移， 从而减小直流磁通对铁芯的影响。
变压器直流偏磁抑制技术
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目录
• 变压器直流偏磁概述 • 变压器直流偏磁抑制技术的基本原理 • 变压器直流偏磁抑制技术的实现方法 • 变压器直流偏磁抑制技术的效果评估与优化建
议 • 结论与展望
01
变压器直流偏磁概述
Chapter
变压器直流偏磁的定义
变压器直流偏磁是指变压器原边或副边绕组中感应出直 流电流的现象。
变压器直流偏磁抑制技术的原理
抑制变压器直流偏磁的措施
抑制变压器直流偏磁的措施如果变压器励磁电流中出现了直流分量，这种现象被称为变压器直流偏磁，它是变压器的一种非正常工作状态，本文针对直流偏磁现象进行了初步研究，分析了其出现的机理，概括性地总结了直流偏磁对变压器及电网造成的不良影响，比较完整地提出了一些目前普遍使用的措施。
标签：直流偏磁；变压器；中性点引言直流输电的运用带来了更多变压器直流偏磁的问题，尤其是以大地返回方式运行的直流输电系统，其接地极电流会通过变压器中性点流过变压器绕组，从而使变压器发生直流偏磁现象，导致变压器出现噪声增加、铁心过热等危害，严重时甚至威胁到了电网的安全运行。
因此，如何有效抑制电力变压器中的直流偏磁现象受到国内外的普遍关注。
1直流偏磁的产生机理在高压直流输电过程中，直流偏磁的产生原因有两种：一种是交直流电网共同运行的时候，特别是当高压直流输电采用单极大地回路方式运行的时候，如图1所示，由于各个接地点之间存在一定的电位差，变压器一次侧的接地点会流入一定的直流电流。
另一种是太阳耀斑活动导致地磁暴时，变压器接地极会产生地磁感应电流，其频率在0.001Hz～0.01Hz之间，与直流电流非常相似，其幅值一般为10A～15A，甚至最高可达到200A。
2 直流偏磁对变压器的不利影响直流偏磁对变压器的影响有很多，其危害也是不可小觑的。
由于直流励磁电流的注入，铁心磁通密度增加，励磁电流产生畸变，产生大量谐波分量。
大量谐波分量的产生导致变压器损耗增加、温升增加、引发局部过热。
并且导致变压器磁滞伸缩加剧，噪声增大。
同时漏磁通增加，导致绕组电动力增加，使变压器振动加剧，这比噪声更加严重，可能会导致变压器内外相关部件松动、绕组绝缘的磨损，对变压器绝缘和抗短路冲击能力会有较大损害。
此外，谐波流入系统后会引起交流系统电压波形畸变，导致继电保护误动。
直流偏磁还会造成无功补偿装置过载或电力系统电压下降，严重时会使电网崩溃。
3 抑制直流偏磁的措施3.1 中性点注入反向直流电流。
探究变压器直流偏磁抑制措施
探究变压器直流偏磁抑制措施发表时间：2017-12-12T09:34:28.173Z 来源：《电力设备》2017年第23期作者：邦帮[导读] 摘要：我国能源分布和能源的使用分布不均衡，因此国内建设多条特高压直流输电用于国西电东送。
（广州普瑞电力系统设备有限公司广州广州 510663）摘要：我国能源分布和能源的使用分布不均衡，因此国内建设多条特高压直流输电用于国西电东送。
由特高压直流远距离输电，所引起的直流偏磁问题，就不容忽视。
再加上地磁暴等自然现象，也加重了直流偏磁对交流接地电力变压器的影响。
所以，研究交流接地电力变压器直流偏磁问题的有效抑制方法具有一定的工程实际价值和理论意义。
关键词：变压器；直流偏磁；抑制措施一、直流偏磁的产生和危害1.1直流偏磁产生机理与原因因硅钢片的磁化曲线成非线性，使铁心磁通与励磁电流成非线性，并且正常电力变压器都运行在接近饱和的工作点上。
有直流涌入后，铁心严重饱和，励磁电流出现尖顶波，主磁路中磁场不对称，进而引发了一系列的直流偏磁问题。
直流偏磁现象的产生主要有两个原因，其一是太阳等离子风的动态变化与地磁场相互作用产生的地磁“风暴”，这种磁场变化可以诱发地球表面的电位梯度，一般来说这种电位梯度可达到每公里几伏甚至上百伏。
这个电势差作用于附近电网中中性点接地的电力变压器上，有电势差的两个地点的变压器中有电流涌入，通过两地点的接地变压器、输电线路和大地形成回路，该电流频率和工频交流相比，可以近似视为直流。
其二是大地返回式远距离输电的HVDC(高压直流输电)系统使其换流站周围一定区域内产生地表电流和地表电势差。
同样，该电势差作用于中性点接地的交流输变电两变压器之间，通过输电线路、两地点交流输变电变压器和大地形成回路，导致交流接地变压器的励磁电流中产生直流分量，导致变压器发生直流偏磁，原理如图1所示。
1.2直流偏磁的危害噪声和振动增大：当变压器发生直流偏磁时，励磁电流严重畸变，谐波电流增加，出现尖顶波，因此磁通谐波也随之增加。
浅析变压器直流偏磁抑制措施
浅析变压器直流偏磁抑制措施作者：王轩张淑敏来源：《中国科技博览》2017年第36期[摘要]变压器是电力系统中的重要组成部分，承担着电力变压和输送的重要任务，本文根据变压器的应用情况，简单分析了变压器直流偏磁的机理，并探讨了直流偏磁对变压器正常运行造成的影响，例如损耗增加、温升上升、噪声增大、振动加剧等，最后重点研究了相关的直流偏磁抑制措施，以期提高变压器运行的安全性、稳定性。
[关键词]变压器；直流偏磁；抑制措施中图分类号：TH173 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）36-0339-01引言为促进“西电东送、全国联网”能源发展战略的实施，我国策划了一系列高压输电直流线路，这些线路具有传输容量大，损耗低，自动化程度高等特点。
然而，输电线路直流输电调试时，操作模式由双极传输系统转换为单级传输的过程中，数千安培通过接地注入地面，导致在周围的变电站接地极电位产生变化，进而形成一定的电位差，直流电将从输电线路流经大地到变压器中性点，使变压器出现直流分量，从而产生变压器直流偏磁现象。
直流偏磁使得变压器铁心磁通量急剧饱和，从而提高磁通量泄漏，危害变压器使用寿命，对变压器的正常运行产生很大的影响，因此，相关部门需要积极探索变压器直流偏磁抑制措施，为整个电力系统的稳定运行奠定良好基础。
1 变压器直流偏磁的机理直流偏磁是指交流电流和直流电流同时通过变压器，使变压器的励磁电流中存在直流分量，是变压器的一种非正常工作状态。
直流电流引起交流变压器发生直流偏磁问题，造成变压器铁心较大的磁饱和，造成漏磁通增加，导致铁心损耗增加，可能出现过热、破坏绝缘情况，降低变压器使用寿命甚至损坏变压器，对变压器的正常运行造成较大的影响；同时，直流电流使励磁电流畸变严重，产生大量谐波，影响电能质量，变压器的无功损耗增加，运行的振动增强，噪音明显增大。
2 直流偏磁对变压器正常运行造成的影响2.1 损耗增加在直流偏磁影响下，变压器铁芯中含有直流分量时，励磁电流大幅增加导致变皮器基本铜耗急剧增加。
直流偏磁对电力变压器的影响及其抑制方法
175电力技术0 引言 直流偏磁是指直流电流注入变压器绕组中，导致变压器磁通中产生直流分量而导致的一系列电磁效应。
近年来，随着高压直流换流站、金属冶炼厂和轨道交通系统逐渐增多，直流偏磁导致的变压器振动等现象逐渐增加且日趋严重。
1 直流偏磁产生原因1.1 地磁暴 当太阳发生耀斑等剧烈活动时，太阳产生高温等离子体高速向地球运动，导致地磁场发生剧烈变化，使大地表面产生低频（0.001~1Hz）感应电动势（ESP），处于不同电位梯度的接地变压器通过输电线和大地形成回路，回路中流过感应电流（GIC），由于感应电流频率较低，相对于工频来说接近于直流，因此可使变压器产生直流偏磁现象。
1.2 高压直流输电 高压直流输电（HVDC）系统由于具有造价低、损耗小、稳定性高等优点，在远距离、大功率输电中得到越来越广泛的应用。
当系统以单极大地回线方式或双极不平衡方式运行时，可能高达上千安的直流电流将通过换流站接地极流入大地，直流电流回路上的大地将产生电位梯度。
如果两个变电站均有变压器中性点接地并且其直流地电位有差异，直流电流将以变压器、大地和输电线为回路，从电位高的变压器中性点流出，从电位低的变压器中性点流进。
1.3 直流杂散电流 杂散电流是指在设计或规定回路以外流动的电流。
直流杂散电流主要来源于轨道交通等直流电气化铁路、冶炼厂等直流电解系统和直流电焊系统等直流负荷。
直流杂散电流的流动导致回路上的大地产生电位梯度，不同电位梯度上的接地变压器中性点将流过直流电流。
2 直流偏磁对变压器的影响2.1 振动和噪音加剧 当变压器中性点流入或流出直流电流时，直流电流将在铁芯中产生直流磁通，直流磁通与交流磁通叠加，使得一个半周的磁通大大增加，铁芯饱和，而另外一个半周磁通减小。
由于励磁电流与磁通间的非线性关系，磁通的增加将使励磁电流波形畸变，出现“尖顶波”，因而电流中将出现直流分量、奇次谐波与偶次谐波。
磁通和电流的增加将使变压器振动和噪音加剧，严重时可能导致部件松动，甚至导致放电、短路等严重后果。
屋顶光伏电站并网直流抑制方法略谈
屋顶光伏电站并网直流抑制方法略谈采用屋顶光伏发电满足了节能环保的要求，这与我国近年来所推行的可持续发展战略相适应。
但光伏并网会产生直流分量注入问题，进而对电网中的电能质量和运行稳定性造成不利影响。
本文对因屋顶光伏电站并网而造成的直流注入问题的成因和危害进行了分析，并对几种直流抑制方法进行了探讨，希望对推动相关工作的开展可以有所借鉴。
标签：屋顶光伏电站；并网；直流分量注入；直流抑制方法随着屋顶光伏电站的推广和应用，对其并网影响的研究也越来越多地受到人们的关注。
但大量实践活动证明，光伏发电系统接入电网会对电网的电能质量造成较大的影响，甚至会降低电网运行的稳定性。
为了快速提升屋顶光伏发电系统的运用水平，我们必须解决光伏直流分量的注入问题。
本文正是基于这一出发点，对因屋顶光伏电站并网而造成的直流注入问题的成因和危害进行了分析，并对几种直流抑制方法进行了探讨，希望对推动相关工作的开展可以有所借鉴。
1直流分量注入产生的原因当光伏发电系统接入电网时，会导致并网致逆变器的输出电流中包含直流分量，而造成这一问题的原因主要包括以下几个方面：第一，逆变桥中的开关动作不协调，进而导致直流分量注入。
现实中，考虑到开关器件的元件参数有时很难做到完全一致，而这就会造成其阻抗等特性也会存在不同，使得充电和放电时间表现出差异，所以器件的开通时间和关断时间也就自然无法做到一致，促使直流分量产生。
第二，当A/D转换元件和电流传感器等测量元件存在偏移误差时，会造成正弦电流的正负半周出现不对称的问题，而这就会引发直流分量注入问题。
第三，实际中，如果参考电流中存在直流分量，那么会使电流控制器出现误差，进而造成逆变器输出的电流中也带有直流分量。
当屋顶光伏电站接入电网时，需要通过并网逆变器来进行连接，但上述原因会导致逆变器输出中存在直流分量，如果不采取措施对其进行抑制，那么直流分量就会注入到电网中，进而给电网的电能质量和运行稳定性造成巨大影响。
变压器直流偏磁抑制技术
01 Chapter定义表现直流偏磁现象的定义直流偏磁对变压器的影响030201直流偏磁现象的原因分析02 Chapter直流偏磁抑制技术的意义提高变压器运行稳定性延长变压器使用寿命技术不断成熟面临新的挑战直流偏磁抑制技术的发展现状被动抑制技术被动抑制技术主要是在变压器结构上采取措施，增加变压器的漏感和电阻等参数，以提高变压器的抗直流偏磁能力。
这种技术相对简单，但抑制效果有限。
主动抑制技术主动抑制技术是通过外部控制设备对变压器进行主动控制，以消除直流偏磁现象。
这种技术抑制效果较好，但需要对变压器进行改造和增加外部设备，成本较高。
直流偏磁抑制技术的分类03 Chapter被动抑制技术原理消除直流分量通过被动元件或电路的设计，使得变压器中的直流分量得以消除，避免其引发偏磁现象。
阻抗匹配采用被动元件调整变压器的阻抗特性，提高其对直流分量的抗干扰能力。
被动抑制技术的实现方法logo•可靠性高：无主动元件，减少了故障发生的可能性，提高了系统的可靠性。
被动抑制技术的优缺点分析对不同变压器的适用性有限：针对不同规格、型号的变压器，可能需要重新设计被动抑制方案，缺乏04 Chapter主动抑制技术原理磁场补偿电流调控在变压器附近设置感应线圈，通过调节感应线圈中的电流，产生与偏磁相反方向的磁场，实现主动抑制。
励磁电流调控法通过实时监测变压器的直流偏磁情况，反馈调节变压器的励磁电流，以主动抵消偏磁效应。
感应线圈法主动抑制技术的实现策略VS主动抑制技术的控制方法05 Chapter案例一：某变电站的直流偏磁抑制技术应用背景采用被动抑制技术，在变压器中性点接地处加装电阻，增加直流偏磁的阻尼。
技术方案实施效果技术方案采用主动抑制技术，通过实时监测变压器直流偏磁情况，控制电源逆变器输出相应补偿电流。
背景某大型变压器是电网关键设备，要求具有高可靠性和高稳定性。
实施效果主动抑制技术能够实时调整补偿电流，有效抵消直流偏磁影响，提高变压器的稳定性和可靠性。
光伏逆变器的调制方式分析与直流分量抑制
第30卷第9期中国电机工程学报V ol.30 No.9 Mar.25, 20102010年3月25日Proceedings of the CSEE ©2010 Chin.Soc.for Elec.Eng. 27 文章编号：0258-8013 (2010) 09-0027-06 中图分类号：TM 46 文献标志码：A 学科分类号：470⋅40光伏逆变器的调制方式分析与直流分量抑制刘鸿鹏，王卫，吴辉(哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，黑龙江省哈尔滨市 150001)Modulation Mode Analysis and Suppressing DC Current of PV InverterLIU Hong-peng, WANG Wei, WU Hui(School of Electrical Engineering and Automation, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, Heilongjiang Province, China)ABSTRACT: Due to the small size, high efficiency and low cost, single-phase transformerless full-bridge inverter is widely used in low-power photovoltaic (PV) grid-connected systems. In bipolar PWM (pulse width modulation) modulation, no changes appear in the common-mode and no common-mode current is generated. However, this modulation mode would not prevent the injection of DC current into the grid. Therefore, a new control algorithm is proposed in this paper. The algorithm uses two compensation links to suppress the DC components, which were caused by pulse width imbalance in PWM process and the error in the actual current measurement. Without adding auxiliary circuit, the algorithm occupied a few control chip resources. Experimental results demonstrate the availability and correctness of the theoretical analysis and algorithm.KEY WORDS: photovoltaic (PV) systems; transformerless full-bridge inverter; modulation mode; common-mode current; DC components摘要：单相无变压器型全桥并网逆变器由于体积小、效率高、造价低，被广泛地应用于低功率光伏并网系统中。
PR控制在抑制逆变器输出变压器直流偏磁中的应用
PR控制在抑制逆变器输出变压器直流偏磁中的应用张海钰;王正仕;陈辉明【摘要】The inverter itself, output transformer and AC loads would be influenced greatly by DC magnetic bias for output transformer of inverter which threatens the reliable operation of inverter seriously. Thus, aiming at DC magnetic bias for output transformer of inverter, a simple and applied approach involving PR control achieved by digital signal processor( DSP) was proposed,and according to theoretical researches, the effectiveness was verified by a 50 Hz/3 kW single phase inverter. The experimetal results show that, the effectual restraint of DC magnetic bias for output transformer of inverter can be accomplished successfully. The good performances of dynamic and steady characteristics of the control system are ralized. Its effectiveness is demonstrated through both of them.%逆变器输出变压器的直流偏磁会对逆变器、输出变压器以及交流负载产生不良的影响,严重威胁逆变器的可靠运行.针对逆变器输出变压器直流偏磁问题,提出了一种简单、实用的基于PR控制策略的数字信号处理器(DSP)实现方案,并在理论研究的基础上,通过一台50 Hz/3 kW单相逆变器验证了该方案的有效性.实验结果表明,该方案不但可以实现对直流偏磁的良好抑制,还可以实现控制系统良好的动、静态特性,具有很好的实用性.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2011(028)008【总页数】5页(P986-990)【关键词】逆变器;变压器;PR控制;直流偏磁;数字信号处理器【作者】张海钰;王正仕;陈辉明【作者单位】浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TM4640 引言如今，单相逆变器已经广泛应用于新能源、UPS等生产生活的各个领域，以满足用电负载对供电质量的不同要求。
逆变电源变压器抗直流偏磁的研究
压器铁芯工作磁感应强度超过饱和磁感应强度而饱
则单个脉冲时间内磁感应强度的增量为：
Ａ ： ： ，＝ Ｂ 二Ｂ 一Ｂ ｕｄ ， ｔ
其中ｕ 为幅值恒定的脉冲， ， 磁感应强度的增量
Ａ ｕｙ Ｄ 一ｅｉａｃ Ｍ ｇｅｃ ｓ ｇ Ｉ ｅ ｅ Ｔａｓ ｒ ｅ Ｓ ｄ ｏ Ｃ Ｒ ｓ ｔ ｅ ｎｔ Ｂ ｉ ｏ ｎ ｒ ｒ ｎｆ ｍ ｒ ｔ ｆ ｓｎ ａ ｉ ｉ ｎ ｆ ｔ ｒ ｏ ａ ｖ
（ ｅａｍ ｎ ｏＥ ｃ ｃ Ｅｇ ｅｒｇ Ａ ｈｉ ｖ ｓｙ ｃ ｎｅ Ｔｃｎｌ ｙ Ｈ ａ ａ ２２０ ， ｈ ａ ｎｉ ｅｎ， ｕ Ｕ ｉ ｒｔｏＳｉ ｃ ａｄ ｈｏ ｇ， ｉ ｎ ０１ Ｃｉ ） Ｄｐｒ ｅｔ ｌ ｔ ａ ｔ ｆ ｒ ｌ ｎ ｉ ｅｉ ｎ ｎ ｅ ｉ ｆ ｅ ｎ ｅ ｏ ｕｎ ３ ｎ
致变压器铁心磁感应强度超过饱和磁感应强度而饱
设想使逆变桥输出ＳＷＭ波正负脉冲对称， Ｐ 即 正负脉冲的伏秒积相同， 便能消除变压器原边电压 中的直流分量， 解决了正弦波逆变电源直流偏磁问 题。如何检测出一次侧电流得直流分量， 并采用合 适的方法进行校正是抑制偏磁的关键。 （ ）基本原理 １ 抗直流偏磁控制器的原理框图如图２ 所示。
单向偏磁均能进行抑制。
图３ 变压器一次侧直流分ｆ检测取样电路
在２ｋ： ０Ｈ 正弦波５Ｗ逆变电 ｋ 源中， 运用偏磁校
正和不运用偏磁校正对电源输出电流进行波形 比
而ｉ 二 ｋ 下－
数字Ｐ Ｉ 调节
Ｓ ＷＭ 卜 Ｐ 一，逆变器 卜 叫 变压器 ，
取样数
据处理
原边直流 电流检测
基于无差拍控制的光伏并网逆变器直流分量抑制研究_薛家祥
Ug（n） Ug（n-1）
Vref
I* PI 控制器
Iref（n+1）
无差拍 控制器
SPWM
Vdc
sin（t）
Ig（n）
图2 无差拍并网控制框图 Fig.2 Dead-beat grid-connected control block diagram
由图 2 可知，无差拍并网控制的公式为 D（n+1）=[2.5U（n）-1.5U（n-1）+
收稿日期： 2013-09-13。 基金项目： 广东省攻关项目（2010B010900003）； 广东省产学研项目（2011B090400261，2012B091100339）； 番禺科技计划项
目（2011-专 02-4.21）； 广州市黄埔区科技计划项目（1129）； 江门市科技计划项目（2011010012417）。 作者简介： 薛家祥（1962-），男，教授，博士生导师，研究方向为光伏新能源，数字化焊接电源。 E-mail:mejiaxue@
Study of DC component suppression for grid-connected photovoltaic inverter based on dead-beat control
XUE Jia -xiang， LIANG Yong -quan， ZHANG Hong -wei， LIAO Tian -fa， ZHANG Xiao -li， SHEN Dong， DONG Chang-wen
系统启动 电流采样补偿
并网电流采样
参考电压 温漂补偿
IDC（n）
N
IDC（n-1） IDC（n-2） IDC（n-3） IDC（n-4）
求和 零点校正
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1 引言
太阳能并网逆变电源多采用SPWM 桥式逆变电路作为主电路。
在实际运行过程中，由于多种因素的影响，桥式逆变电路最终输出的电压脉冲序列在一个基波周期内正负半周伏秒不平衡，从而导致加在变压器初级的电压含有直流分量，造成直流偏磁[1]对并网逆变器的运行造成较大危害。
分析了太阳能并网逆变电源变压器产生直流偏磁的原因，提出了基于DSP 的输出变压器初级电流直流分量检测及反馈控制方案，有效抑制了输出变压器的直流偏磁。
2 直流偏磁现象产生的原因分析图1 示出太阳能并网逆变器的桥式逆变电路拓扑。
该电路输出端通过工频隔离变压器与电网连接，电网用交流电压源等效。
电路中IGBT 的驱动信号是SPWM 脉冲序列，得到的输出电压uo的波形为SPWM 波形（单极性倍频调制）.
输出电流出现一定的直流分量流入变压器中，引起单向偏磁。
造成逆变器偏磁的因素主要有[3]：①控制系统运算误差产生的直流分量；②并网逆变器停止运行瞬间变压器剩磁产生的直流分量；③驱动电路元件参数分散性引起的直流分量；④主电路参数分散引起的直流分量；
⑤电网电压畸变引起的直流分量。
3 直流偏磁对并网逆变器的不良影响ImDC在变压器铁心中磁感应出一直流磁感应强度Bd作为交变磁场的工作点。
并网逆变器中隔离变压器次级与电网并网，初级电压uT为正弦电压，即：uT=UTmsinωt
（4）式中：UTm为电压幅值；ω为角频率。
设变压器初级匝数为N1，该电压在变压器铁心中产生磁通Φ1，则有：UTmsinωt=N1dΦ1/dt
（5）可求得Φ1的幅值即交流电压引起的磁通摆幅：ΔΦm=UTm/（ωN1）
（6）最大工作磁感应强度，即交变磁通引起的磁感应强度为：ΔBm=ΔΦm/A
（7）式中：A 为变压器铁心截面积。
为充分利用变压器铁心，设计变压器时一般将ΔBm选择在饱和磁感应强度Bs附近[4]，即ΔBm≈Bs。
正常情况下，变压器工作时磁感应强度变化范围为[-Bm，Bm]。
当有直流磁通Φd存在时，变压器工作的磁感应强度变化范围变为[-Bm+Bd，Bm+Bd]，显然变压器工作的磁感应强度有可能超过Bs，即m+Bd>Bs。
图3 示出正常情况下和有直流偏磁情况下变压器电压、励磁电流与磁感应强度的关系。
由图3b 可见，有直流偏磁的情况下，励磁电流发生严重畸变。
畸变的励磁电流最终会反映到im上，使im也发生畸变。
输出电流畸变，不仅影响输出质量，而且过大的电流会损坏功率开关管，因此必须解决直流偏磁问题。
4 直流偏磁的抑制措施为解决桥式逆变器直流偏磁问题，文献[5－6]提出了如下措施：①在变压器初级串联一个隔直电容，使电容两端的直流电压分量抵消逆变器电压的直流分量；②尽量选择特性一致的开关管，减小控制电路的PWM 脉冲失真和延时；③给变压器铁心加气隙，增加磁路长度，提高变压器抗饱和能力；④采用软启动和软关机技术，使变压器无剩磁，消除开机瞬间饱和；⑤采用主动偏磁纠正技术，一旦变压器出现偏磁，主动给予纠正。
采用前 4 项措施只能减小直流偏磁的危害，并不能从根本上消除直流偏磁，只有第⑤项措施才能真正从根本上解决直流偏磁问题。
考虑到设计太阳能并网逆变器时，已具备检测电感电流的霍尔传感器和控制运算用的DSP 等硬件条件，因此直流偏磁的补偿抑制无需添加额外的硬件，电感电流直流分量的检测和补偿控制可完全用软件算法来实现。
直流偏磁抑制算法主
要由直流偏磁的检测和补偿抑制两部分组成。
4.1 直流偏磁的检测检测到im后，可采用滤波法滤除imAC，从而提取出imDC。
在此采用平均值滤波法提取直流分量。
为适应DSP 的数字运算，在一个基波周期内离散化为N个采样点。
为计算方便，一般取N 为2 的整数次幂，设次数为h，则电感电流中的直流分量可表示为
由于要求im的直流分量为零，因此数字PI 控制器给定值为零，所得的补偿控制量uc（z）叠加到并网电流控制量上，从而补偿并消除im中的直流分量。
通过测量，在考虑逆变器死区补偿的情况下，采用改进型电压预测控制得到逆变器输出电压的THD＝1.6%，完全满足电网对电能质量的要求。
6 结论在分析比较传统电压预测控制和改进性电压预测控制的基础上，得出结论：①对线性负载而言，改进型电压预测控制的控制效率很高，输出电压THD<5%；②当系统参数发生变化时,系统仍具有较好的动静态特性且输出电压稳定，表明系统具有较好的鲁棒性。