一、SCR核心定义
SCR(短路电流比)的具体计算方法如下:
其中I_sc为短路电流,I_N为额定容量。短路容量由电网阻抗决定,单相机中满足如下公式:
对电网侧串联电感L_g(忽略电阻,或者X/R很大时X_g ≈ |Z_g| ):
二、SCR与L_g的定量关系(两条等价形式)
形式1:有名值:
形式2:标幺值:
以逆变器自身为基准(Z_base = V_g^2 / S_N、L_base = Z_base/w0):
上述公式在R_g = 0时严格成立。
一句话:电网电感的标幺值就是短路比的倒数。SCR = 5 → L_g = 0.2pu;SCR = 2 → 0.5pu。
三、数值表
1. 基准参数表(Heric 6kVA/ 230V/50Hz)
| 基准量 | 计算 | 数值 |
| V_N | - | 230V rms |
| S_N | 6kW(PF = 1 → 6kVA) | 6000VA |
| I_N | 6000/230 | 26.09A rms |
| Z_base | 230^2 / 6000 | 8.817Ω |
| L_base | Z_base / w0 | 28.07mH |
通用公式:
L_g = 28.07 / SCR(mH)
X_g = 8.817 / SCR(Ω)
I_sc = 26.09 * SCR (A)
ΔV_L = 230 / SCR(V)
L_g,pu = 1 / SCR
2. 更新后的SCR ↔ 串电感 数值表
| SCR | L_g,pu | L_g | X_g | 短路电流I_sc | 额定电流下电感压降 | 电网强度 |
| 20 | 0.05 | 1.4mH | 0.441 | 522A | 11.5V(5%) | 强 |
| 10 | 0.1 | 2.81mH | 0.882Ω | 261A | 23V(10%) | 强 / 临界 |
| 5 | 0.2 | 5.61mH | 1.763Ω | 130A | 46V(20%) | 弱 |
| 3 | 0.33 | 9.36mH | 2.939Ω | 78A | 77V(33%) | 很弱 |
| 2 | 0.5 | 14.0mH | 4.408Ω | 52A | 115V(50%) | 极弱(需GFM) |
| 1 | 1.0 | 28.07mH | 8.817Ω | 26A | 230V(100%) | 失稳边界 |
关键变化:电感与额定容量成反比。若容量 6 → 5kW(-20%),同SCR所需电网电感从5.61mH升高到6.74mH(+16.7%)。
另一方面的理解也非常重要:接在同一个物理电网上,逆变器容量越大,SCR越低(SCR与1/S_N正相关),一台SCR = 6的电网,原来5kW能跑,换成6kW就变成SCR = 5 —— 这就是扩容即弱网的含义。
四、LCL谐振频率同步更新
假设L1 = 560 uH,C_f = 16.6uF:
| SCR | L_g | f_res | 距LC下限(1651Hz) | f_res / 1.6(带宽上限) |
| 20 | 1.4mH | 1953Hz | +18.3% | 1221Hz |
| 10 | 2.81mH | 1808Hz | +9.5% | 1130Hz |
| 5 | 5.61mH | 1731Hz | +4.8% | 1082Hz |
| 3 | 9.36mH | 1699Hz | +2.9% | 1062Hz |
| 2 | 14.0mH | 1683Hz | +2.0% | 1052Hz |
| 1 | 28.07mH | 1667Hz | +1.0% | 1042Hz |
两个直接结论:
1. 1kHz电流环带宽在全SCR范围内仍满足 ≤ f_res/1.6,但裕度从SCR = 20时的22%缩到SCR = 1的4% ——弱网极端工况下带宽已贴着上限,再提升带宽也没任何空间。
2. 若电容选择10uF:选择16.6uF时的所有谐振频率整体下降约22%,且更早贴近LC下限 ——弱网(SCR ≤ 3)时的谐振频率几乎钉死再1650Hz ~ 1700Hz,这个阻尼设计一个稳定的靶点。
五、弱网对Heric环路的三个实质影响(设计时最关心的问题)
1. 电网钳位失效 → 谐振进入电流环
强网时(SCR > 10)电容被刚性电网钳位,v_C ≈ v_g,LC谐振不进环路,只作扰动通道 —— 这是之前推导过并成立的前提。
弱网时这个前提崩塌。并网后等效网络变成LCL
结论:L_g越大,LCL谐振越向纯LC谐振收敛(下限f_LC = 1667Hz),同时阻尼急剧下降(电网电阻R_g提供的无源阻尼被稀释)。谐振频率虽仍再1kHz电流环带宽之上,但阻尼不足以让它在扰动下持续振荡,且这个振荡会通过PLL反馈回来。
2. PLL成为失稳主因(SCR越低越敏感)
SOGI-PLL在弱网下会引入等效负电阻:PLL输出的θ一旦被电网电压扰动带偏,就会把电压扰动转化为电流扰动,进一步加剧电压扰动,形成正反馈。这个负阻尼的幅值与1/X_g(即SCR)成正比。
工程经验规则(需要用阻抗扫描最终确认):
| SCR | 建议PLL带宽 |
| >10 | 20 ~ 50Hz |
| 5 | ≤ 25Hz |
| 3 | ≤ 15Hz |
| 2 | ≤ 10Hz,且需要虚拟阻抗辅助 |
3. 电压前馈v_g / Vdc失真
现有调制波前馈一般用的是v_g / Vdc。弱网下 v_g 采样点(PCC)本身被自己的电流污染(v_g = v_ideal - jwL_g·i_g),前馈会把这个畸变直接注入调制波,形成正反馈耦合。SCR < 3时建议改用滤波后前馈或虚拟阻抗补偿后的前馈。
六、设计对应关系一览(SCR → 参数调整)
| 参数 | 强网(SCR > 10) | 弱网(SCR = 5) | 极弱网(SCR = 2) |
| 电流环Kp | 0.0088 pu / A(1kHz) | 保持或略降 | 降低至2.11V/A(600Hz) |
| PLL带宽 | 20 ~ 50Hz | ≤ 25Hz | ≤ 10Hz |
| 电压前馈 | v_g / Vdc | v_g / Vdc(加20ms MA) | 虚拟阻抗补偿后前馈 |
| 虚拟阻抗X_v | 不需要 | 0 ~ 2 Ω | 2 ~ 5 Ω |
| 下垂 / GFM | 不需要 | 可选(一轮调频) | 必须GFM |
七、总结
1. SCR与电网串联电感是严格的倒数关系(标幺情况下):L_g,pu = X_g,pu = 1/SCR
2. 在有名值下,L_g = V_g ^ 2 / (SCR * S_N * w0)
3. 弱网的核心后果不是“电感变大”本身,而是电网钳位失效 → LC谐振进入环路 + PLL负阻尼放大
4. 若SCR降到5以下要同步降PLL带宽(f_pll ≤ SCR / 10*f0 ),降低到3以下要降低电流环Kp并加虚拟阻抗,降到2以下必须切GFM(这点保持疑问:是否降低到2以下就得切GFM。)