基于Simulink的全功能逆变器综合仿真研究模型

资 源 简 介

本仿真模型旨在提供一个高度集成且全面的逆变器电力电子系统分析平台，适用于单相及三相逆变电路的深度研究。模型包含了从直流侧电压输入到交流负载输出的完整拓扑结构，重点实现了SPWM（正弦脉宽调制）和SVPWM（空间矢量脉宽调制）两种主流调制算法。系统内置了闭环PI控制回路，包括电流内环和电压外环，能够有效稳定输出电压并实现快速动态响应。模型还集成了LC/LCL滤波器设计模块，用于滤除高频开关谐波，确保输出波形的低总谐波失真（THD）。此外，该模型支持多种负载工况模拟，如阻性、感性及非线性负载，并配备了并网接口

详 情 说 明

基于MATLAB的电力电子并网逆变器综合仿真研究平台

项目介绍

本仿真项目是一个高度集成化的电力电子研究工具，专注于三相并网逆变器系统的数学建模与控制算法验证。不同于传统的纯模块化仿真，本项目通过MATLAB脚本实现了从底层底层物理拓扑到高层控制逻辑的全流程离散化仿真。系统模拟了直流侧能量转换为交流侧电能并馈入电网的过程，涵盖了功率变换、滤波整形、相位同步及闭环调节等核心环节，是深入理解电力电子系统动态特性的控制开发的理想平台。

核心功能特性

• 全系统离散化建模：利用欧拉法（Euler Method）对LCL滤波器等连续系统进行离散化求解，真实模拟物理元件的动态响应。
• 高精度相位同步：内置基于同步旋转坐标系（SRF）的锁相环逻辑，能够实时追踪电网电压频率与相位。
• 先进调制技术：实现了SVPWM（空间矢量脉宽调制）技术，通过三半波零序分量注入法提高直流母线电压利用率。
• 双闭环控制架构：包含电流内环解耦控制，配置有前馈补偿与交叉耦合项，确保电流快速无静差跟踪。
• 谐波与动态分析：集成快速傅里叶变换（FFT）分析模块，自动计算输出电流的总谐波失真（THD）。
• 综合可视化报告：仿真结束后自动生成包含时域波形、频域频谱、功率曲线及空间矢量轨迹的完整报告。

实现逻辑与算法详细说明

#### 1. 系统参数与拓扑构建 仿真系统设定了800V的直流母线电压及10kHz的开关频率。拓扑结构采用了高性能的LCL型滤波器，包含逆变器侧电感、滤波电容（带阻尼电阻）和网侧电感。这种结构相较于单L滤波器能更有效地抑制高频开关谐波。

#### 2. 同步旋转坐标系下的锁相环（PLL） 系统通过坐标变换（Clark变换与Park变换）将检测到的三相电网电压转换为DQ坐标系下的直流分量。通过调节VQ分量趋于零的策略，驱动环路滤波器更新积分相位，从而实现与电网系统的频率及相位严格对齐。

#### 3. 电流内环闭环控制 控制器在DQ旋转坐标系下对电流进行调节。通过PI算法对有功电流（Id）和无功电流（Iq）进行控制。为了实现完全解耦，计算中加入了电感跨越耦合补偿项以及电网电压前馈项，从而生成最终的电压参考矢量。

#### 4. SVPWM 调制实现细节 算法并未采用简单的正弦比较，而是使用了等效于SVPWM的零序分量注入法。系统计算三相占空比后，提取其最大值与最小值的平均值作为偏移量进行注入。这种方法能有效将逆变器线性调制度提升，并产生比标准SPWM更优的电压波形。

#### 5. LCL 滤波器状态空间求解 仿真核心循环内部通过差分方程描述了LCL滤波器的物理特性。通过计算每一采样时刻下逆变器侧电感电流变化律、电容电压变化律及网侧电流变化律，实时更新系统状态。该部分体现了电感饱和前期的线性特性以及电阻的阻尼效应。

#### 6. 功率计算与谐波评估 仿真实时计算瞬时有功功率（P）与无功功率（Q），并对稳态后的电流数据进行截取。通过FFT计算基波分量与各次谐波能量，从而得出总谐波失真（THD）百分比，作为衡量滤波器设计及调制算法优劣的标准。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2018b 或更高版本。
• 工具箱需求：基础MATLAB组件（无需特定的Simulink额外工具箱，所有计算均由代码引擎驱动）。
• 硬件建议：由于采用1微秒（1e-6s）的高精度步长，建议配置4GB以上内存。

使用方法

1. 启动MATLAB软件。
2. 将控制逻辑脚本设置为当前工作路径。
3. 在命令行窗口直接运行主函数。
4. 程序将自动启动迭代计算，命令行会实时显示仿真进度。
5. 仿真完成后，系统会自动弹出包含六个子图的性能分析窗口，并在控制台输出包含功率均值、THD评估及并网标准判断指标的实验报告。
6. 用户可根据需求根据代码顶部的初始化参数部分自行修改直流电压、电量参数或PI增益，以观察不同工况下的系统鲁棒性。