再生驱动器详解：核心原理与法规考量——第二部分

承接前文再生驱动器运行概述，本文探讨再生运行需特别考虑的因素。

对电力网络 (交流电网) 的影响

法规

电力公司为确保分布式发电不破坏供电安全可靠性而施加的法规。本节涵盖法规管控最重要主题。若再生系统作为有意发电装置使用，须遵守使用地生效法规。若非，当再生系统额定电流占本地电力系统额定值相当比例时，仍应考虑这些主题，确保故障或故障时不损坏其他并网设备。

短路电流

本地发电机向电气故障 (短路) 贡献电流，可能影响电气开关设备安全或所需额定值。任何拟议发电装置须计算增加的故障电流。然而再生逆变器影响可忽略，因电子过流保护比断路器或熔断器快得多中断过电流。现代 CT 逆变器峰值短路电流为额定电流 260%，逆变器跳闸后电流在 4 ms 内衰减至零 (取决于交流电抗器值)。保护额定峰值电流取至少半个工频周波。这些因素使故障电流贡献可忽略。

孤岛运行

若电网与运行发电机的装置断开，可能发生“孤岛”运行，即本地发电无意中维持本地负载通电。不太可能，因无专用调速器调节频率，无法确保供需平衡。通常频率快速超出工作范围系统跳闸。也无电压或无功功率控制。但若孤岛发生，对电力工人有安全风险，若电压频率超安全范围对岛内本地设备有损坏风险。

若再生系统有能量源 (如发动机、电池或其他储能) 使孤岛运行成为可能，则应提供防止损害性孤岛发生的保护。再生驱动器频率范围应在参数设置中限制在安全范围，并应纳入过压继电器，电压过高时跳闸逆变器。

有意孤岛、备用发电

请注意再生逆变器不能作为独立发电机使用，例如市电丢失时的备用电源。只能结合现有电源使用，并与其同步。

跨越能力

有意发电机可能需在电网扰动期间继续运行。最常见情况是电网某处故障 (短路) 导致发电机端子突发电压跌落。可能是三相平衡或不平衡。跨越期间，若电压过低可能无法继续发满功率，但需提供无功电流支撑电压，协助电网在自动保护装置隔离故障回路后恢复控制。

简单 AFE 对电压扰动相当敏感，因其运行依赖市电电压波形与逆变器内部生成波形精确平衡。无跨越能力时比简单整流器更易引起烦人跳闸。Unidrive M 具有可选跨越能力，满足如 BDEW 等中压并网发电机主要国家标准要求。

重要的是理解：正常再生运行中再生逆变器调整向交流电网功率输出以将直流母线电压调节至期望值。电压扰动期间无法发满功率，可能无法继续调节直流电压。功率源须接管此角色。若不接管，来电超出去电可能导致过压跳闸。或可并接制动电阻吸收多余功率。

功率与频率调节

交流电网供需平衡通过调节频率实现。有意发电机可能需响应外部功率指令或实现功率-频率控制功能。可在驱动器中编程为应用。

谐波与间谐波

第一篇再生博客讨论过，再生逆变器产生可忽略真谐波电流 (即供电频率整数倍)。它与供电现有谐波相互作用，也产生 PWM 调制产物。这些高频多年视为超出谐波范围 (谐波通常认为止于 40 次)。但近期技术标准和仪器开始考虑 100 次以内谐波。

例：标称线频 60 Hz、开关频率 3 kHz 系统。主要开关相关频率为 2880 Hz 和 3120 Hz。分别为供电频率 48 和 52 倍。但两频率非公度量，即非锁相。若线频 60.1 Hz，等效乘积频率为 2879.8 Hz 和 3120.2 Hz。谐波分析仪接入此系统，若带标准 5 Hz 带宽可能指示为 48、52 次谐波，或指示无法同步数据。

若开关频率 4 kHz，主要频率 3880 Hz 和 4120 Hz 非谐波频率。带间谐波功能分析仪指示为“间谐波”，基础谐波分析仪正常 5 Hz 带宽可能忽略。

上述谐波和间谐波均为三相组，具有正或负相序。意味着不同于高频共模“噪声”电压，它们通过变压器传递，可造成现场供电变压器以外干扰。开关频率滤波器必须将其幅值降至可接受值。

与直流电源/负载交互——电压控制

再生系统连接直流源或负载时，须考虑直流电压控制。再生驱动系统中，机器驱动器实际上成为恒功率源，再生逆变器调整输出功率平衡输入功率以维持期望直流电压。其他系统特性可能截然不同。例如光伏逆变器中，直流电压电流由给定日照温度下光伏阵列电压/电流曲线决定。逆变器不自然“知道”选哪个电压，故再生逆变器直流电压基准须由 MPPT 算法调整以寻找最佳功率点。

直流供电共模电压

再生系统直流供电有异常共模电压，即其极性对地平均电压。完整电压波形分析颇复杂，但参考第一篇博客图 1 简化原理图可推断：当输入逆变器晶体管对改变状态时，直流母线电路电压相对地倾向阶跃变化 V_DC。实际因输入电抗器分压限制为 1/3 V_DC。每相开关发生一次此阶跃，即每 PWM 开关周期 6 次。

这意味着当交流供电为常规低压市电且中性点接地时，直流母线承载高共模电压，为复杂 PWM 模式、快速上升沿、含宽频谱。部分效应列举：

1. 连接直流母线的所有驱动器及再生逆变器本身，不得保留内部 EMC 滤波电容，因这些电容可能被共模电压过载，导致高循环接地电流引起逆变器故障。
2. 直流母线不得连接 RFI 滤波器，理由同 1。
3. 直流母线“脏”，若通过非屏蔽导体分布可能干扰附近信号电路。若直流功率需长距离分布必须用屏蔽电缆。但电缆长则其杂散电容高频接地电流将在再生电抗器造成额外功率损耗。
4. 除非确认能耐受共模电压，否则不得连接其他设备至直流母线。(如专为直流供电设计设备可能有自带 RFI 滤波器，无法耐受共模电压。大多数电流电压传感器设计可耐受共模电压。)

这些效应不可接受的特殊应用，一种解决方案是输入端用隔离变压器使交流供电与地隔离。然后可直接将直流母线一极接地，无共模电压。或通过电容接地或按需接 RFI 滤波器，降低最可能引起干扰的高频共模噪声。光伏逆变器及直流功率需分配多负载系统采用此法。

滤波器、供电阻抗、电流控制

开关频率滤波器前文结合避免干扰同供电回路其他设备讨论过。滤波器也须从逆变器控制系统影响角度考虑。

3 kHz 逆变器滤波器转折频率约 800 Hz，在 2900 Hz 给予有用衰减。转折频率受供电阻抗影响，这对这些异常频率是未知量。这意味着逆变器电流环增益不得设太高，否则 800 Hz 周围稳定性临界，系统对扰动敏感易故障。大多数常规驱动应用即再生系统为工业低压配电网众多负载之一，有足够天然阻尼无特殊要求。默认值通常有效。

若一个或多个再生系统由专用供电馈电，几无其他负载，电流环可能欠阻尼。用示波器观察线电流波形易识别：约 800 Hz 周期振荡爆发 (“振铃”) 常出现于每市电周期 6 点。此情况下降低电流环 P 项可恢复稳定。可能也需降低电压环增益避免因较慢电流环导致欠阻尼电压控制。若应用高动态性要求这些低增益不可接受，则需替代阻尼改进方法。有两选项：

1. 增加滤波电容。降低滤波器转折频率至电流环相滞较小可提供主动阻尼值。
2. 用阻尼滤波器。用额外电容和小电阻提供阻尼。详询 CT 技术支持。

两选项均有效应用。选项 1 缺点：可能需多电容占空间、产生高驻留无功电流，可能需逆变器无功电流控制抵消。选项 2 缺点：电阻产生驻留功耗，且异常谐波下须防过载保护，方案较复杂。