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微电网根据母线电压的类型可以分为直流微电网和交流微电网，两种微电网中有着不同的变流器，本章主要聚焦交流微电网中的变流器，直流微电网中的变流器将在后续章节中专门介绍。交流微电网中，根据分布式电源/负载的电压类型，直流分布式电源/负载采用DC-AC变流器实现并网，交流分布式电源/负载采用AC-AC实现并网。其中，AC-AC变流器中无直流环节的拓扑（如矩阵变流器），往往控制较为复杂，因此目前微电网中AC-AC变流器更多地采用了AC-DC-AC的拓扑结构，其中AC-DC变流器用于控制交流分布式电源/负载的输出特性，DC-AC变流器用于控制交流分布式电源/负载的并网特性。因此，为保证微电网母线的正常工作，DC-AC变流器的研究显得尤为重要。
根据微电网中交流母线相数的不同，微电网中的DC-AC功率变换可以分为单相功率变换和三相功率变换。
单相DC-AC变流器的输出功率较三相DC-AC变流器的输出功率较小，因此常用于小容量光伏并网、储能等小功率场合 [2] 。对应的结构如图2-12所示，其中变流器直流侧直接与光伏/储能等直流源连接，变流器的交流侧输出单相的交流电压，通过滤波器后与单相微电网相连。
图2-12 单相变流器的并网结构
假设单相DC-AC变流器交流输出电压 v g 、电流 i g 分别为 v g ( t )= V cos(2π ft )， i g ( t )= I cos(2π ft + φ )。其中， V 和 I 分别为电压电流的幅值， f 为微电网的母线电压频率， φ 为电流相位。由此可得单相变流器的输出功率为
对应的波形如图2-13所示。可以看到，输出功率中除了常数外，还包括一个2倍频量。因此，单相DC-AC变流器难以输出恒定的功率，对变流器的滤波、功率控制造成了挑战。
图2-13 单相变流器的输出功率（基频：50Hz， M =311V， I =25A， φ =0°）
三相DC-AC变流器的输出功率通常较大，常用于大容量光伏、风电并网等场合，结构如图2-14所示，其中图2-14a为三相光伏并网系统，图2-14b为风电并网系统。三相光伏并网系统和单相光伏并网系统类似，不同之处在于三相光伏并网系统的交流侧为三相结构，连接微电网为三相交流微电网。图2-14b的风电并网系统中，风电通过AC-DC-AC变流器并入三相微电网。需要注意的是，除图2-14b所示结构外，风电并网还有着其他系统结构，但这些结构和图2-14b相同之处在于，都需要一个三相DC-AC变流器与三相交流微电网相连。因本书聚焦于微电网相关的内容，主要关注并网的DC-AC变流器，因此对其他并网结构不做过多介绍。
图2-14 三相变流器的并网结构
和单相DC-AC功率变换相比，三相DC-AC功率变换除了功率更大外，还有着输出功率为定值的优点。定义三相电压、电流为
对应求得的输出功率为
可以看到，三相DC-AC变流器的输出功率为恒定值，更有利于微电网的运行。
根据接线方式的不同，三相电流型变流器又可分为三相三线制与三相四线制，分别如图2-15和图2-16所示。在三相三线制电流型变流器中，直流环节的中点M和交流微电网的中性点N并不相连，根据基尔霍夫电流定律，三相电流之和恒为0，因此交流电中没有零序电流。在三相四线制电流型变流器中，直流环节的中点M和交流微电网的中性点N直接相连，由于有第四根线旁路，三相电流之和可以不为0，因此交流电中可以有零序电流。
图2-15 三相三线制电流型变流器
图2-16 三相四线制电流型变流器
两种结构下的输出电流如图2-17所示，两个系统除结构外其他参数均相同，变流器的开关频率为10kHz。变流器的给定电流在0.5s时发生阶跃，从30A幅值阶跃到60A幅值。观察两种结构下输出电流的波形可以看到，三相四线制系统中，因为有着零序回路的存在，输出电流在暂态过程中包含了明显的直流偏置；而三相三线制系统中，没有零序电流回路的存在，输出电流在暂态过程中没有直流偏置。此外，两种结构的电流谐波也不同：开关频率处的电流谐波为零序量，开关频率边频带的电流谐波为非零序量 [3] 。对稳态下变流器的输出电流做FFT分析，观察开关频率附近的电流谐波可以看到，三相四线制系统中既含有非零序的9.9kHz和10.1kHz电流谐波，也含有零序的10kHz电流谐波。而三相三线制系统中只含有非零序的9.9kHz和10.1kHz电流谐波。
图2-17 三相四线制和三相三线制的输出电流（开关频率10kHz，电流给定阶跃30～60A）
实际工程系统中，变流器往往通过变压器并入三相交流微电网，结构如图2-18所示，变压器位于滤波器和三相交流微电网之间，变压器常采用星形或三角形结构。因为星-三角变压器的特殊结构，星-三角变压器两侧没有零序通路连接，因此，图2-18所示系统可以视作三相三线制系统。因此微电网中三相三线制系统更加常见，本文主要聚焦于三相三线制系统。
图2-18 实际工程中含变压器的并网系统
DC-AC变流器的交流侧与微电网的母线相连，因此DC-AC变流器的交流侧控制系统对微电网的正常运行有着重要的作用。根据交流侧控制目标的不同，DC-AC变流器又可以分为电流控制型变流器和电压控制型变流器。
结构如图2-19a所示，此处聚焦交流侧的控制系统，直流侧不再做详细区分，变流器通过滤波器和交流微电网母线相连。电流控制型变流器和电压控制型变流器的最大区别就在于两者的控制系统：电流控制型变流器采用电流控制系统，根据电流给定信号 i gref 和采样的输出电流信号 i g 调节变流器的输出电流。电流控制型变流器对应的等效电路图如图2-19b所示，可以等效为一个受控电流源并联变流器输出阻抗。当电流控制系统可以实现电流的无静差跟踪时，受控电流源的给定为电流控制系统的电流给定 i gref 。变流器的输出阻抗则是受电流控制系统和滤波器共同影响。需要注意的是，因为电流控制型变流器仅控制变流器的输出电流，不控制微电网的母线电压，所以交流微电网母线还需要连接其他的电压源保证母线电压的稳定。
图2-19 电流控制型变流器
电流控制型变流器可以准确控制变流器的输出电流，而微电网的母线电压通常维持恒定，仅在很小的范围内波动。因此电流控制型变流器在微电网中常用于给定功率输出的场景，如有源滤波器、无功补偿、新能源发电等。
电压控制型变流器采用电压控制系统，结构如图2-20a所示，根据电压给定信号 v gref 和采样的输出电压信号 v g 调节变流器的输出电压。对应的等效电路图如图2-20b所示，电压控制型变流器可以等效为一个受控电压源和串联的变流器输出阻抗。当电压控制系统可以实现电压的无静差跟踪时，受控电压源的给定为电压控制系统的电压给定 v gref 。和电流控制型变流器类似，电压控制型变流器的输出阻抗则是受电压控制系统和滤波器共同影响。此处因为交流微电网的母线电压可以由电压控制型变流器支撑，因此可以独立带载运行。
图2-20 电压控制型变流器
电压控制型变流器可以通过控制输出电压调节微电网中母线电压，因此电压控制型变流器常用于需要利用变流器支撑微电网母线电压的场景，如孤岛下的微电网。