光伏微网逆变器并网Simulink仿真系统

资 源 简 介

此项目旨在构建一个高精度的光伏微网并网动力学模型，重点实现在复杂环境条件下光伏能量的高效转换与稳定并网。系统主要包含光伏阵列单元、Boost升压电路、三相全桥逆变器以及LC滤波器和公共电网模型。在前端能量管理中，MPPT调节环节采用了经典的扰动观察法算法，通过循环调节控制信号使光伏阵列始终运行在P-V特性的峰值点，确保系统的能量利用率最大化。项目核心的电网同步环节，本方案采用了基于S-function编写并编译生成的自定义锁相环模块，通过离散化数学模型直接参与内核运算，相比于标准库模块，该方式不仅提升了对

详 情 说 明

光伏微网并网逆变器动力学仿真系统

项目介绍

本项目提供了一个在MATLAB环境下运行的高精度光伏微网并网仿真系统。该系统旨在通过数值仿真手段研究光伏能量转换及并网过程中的动力学特性。系统完整模拟了从光伏阵列能量捕获、直流母线电压稳定到交流三相电流并网的全过程，特别关注在光照强度突变等动态环境下系统的响应稳定性。

功能特性

1. 动态环境模拟：系统支持设置随时间变化的光照强度和温度，内置了0.4秒时刻的辐照度阶跃信号，用于验证系统的暂态性能。
2. 高速采样支持：默认采用20kHz的采样频率进行动态迭代，捕捉电力电子开关级别的控制特性。
3. 全解耦控制：利用dq坐标变换实现有功功率与无功功率的解耦控制，确保单位功率因数并网。
4. 频率与相位跟踪：通过自定义数学逻辑实现的锁相环（PLL），能够在复杂的电网电压工况下精准锁定相位。
5. 系统稳定性分析：提供直流母线电压稳定性、三相电流质量、DQ轴电流解耦效果以及电流总谐波畸变率（THD）的量化评估。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2018b 或更高版本。
2. 必备工具箱：无需底层Simulink模块库，完全基于MATLAB脚本编写，仅需核心MATLAB功能及信号处理相关函数。
3. 计算机配置：建议内存4GB以上，主频2.0GHz以上，以保证仿真主循环的计算速度。

实现逻辑说明

本仿真系统通过在一个时间步长循环中嵌套多个功能模块来实现复杂的物理仿真，具体逻辑如下：

1. 系统参数初始化：

程序首先定义了光伏阵列的电气特性（如开路电压、短路电流等），随后设置了Boost电感、直流母线电容、交流LC滤波器以及电网阻抗物理参数。同时初始化了双环控制器的比例积分（PI）参数。

1. 环境模拟与光伏组件建模：

系统实时计算当前时刻的光照强度。光伏模型基于单二极管简化数学方程，根据当前的直流电压和光照强度动态计算输出电流和功率，反映真实的P-V特性。

1. MPPT最大功率点跟踪：

采用扰动观察法（P&O）算法。系统每隔20个采样周期通过对比当前功率与前一时刻功率的变化方向，动态调整占空比控制信号，使光伏阵列输出始终逼近最大功率点。

1. 坐标变换与电网同步（锁相环）：

仿真通过Park变换将三相电压信号转换到旋转坐标系下。锁相环逻辑利用Q轴电压分量作为误差信号，通过PI调节器实时修正估算角频率和相位，确保逆变器输出与电网电压同频同相。

1. 双闭环控制架构：

• 外环（电压控制）：比较直流母线电压参考值与测量值，通过PI调节器生成D轴电流（有功）的参考指令，维持能量平衡。
• 内环（电流控制）：在dq旋转坐标系下对三相电流进行控制。为了实现电流的快速解耦，算法引入了前馈补偿项（包含电感感抗项和电网电压前馈），直接生成逆变器目标输出电压信号。

1. 动力学方程求解：

系统采用欧拉数值积分法（Euler Method）逐周期求解状态空间微分方程。包括交流侧电流的变化规律（di/dt）和直流侧电容电压的充放电过程（dv/dt），以此模拟真实的电路物理过程。

1. 数据分析与结果展示：

仿真结束后，程序通过快速傅里叶变换（FFT）计算并网电流最后1个周期的总谐波畸变率（THD），并绘制功率跟踪、电压响应、电流波形、频谱分析等六个方面的可视化图表。

算法与实现细节分析

1. 坐标变换算法：

系统中实现了互逆的abc-dq变换。采用等幅值变换原则，使得在旋转坐标系下的分量幅值与三相正弦波形的峰值直接关联，简化了控制器参数的整定难度。

1. MPPT扰动逻辑：

算法设置了0.001的微小步长进行占空比调节，这种设计平衡了跟踪速度与稳态波动。在环境工况突变时，该步长能确保系统逐渐平稳地寻找新的功率峰值点。

1. 锁相环（PLL）控制器：

锁相环通过积分环节将频率偏差转化为相位偏差，并通过归一化处理（mod 2pi）确保相位信号在0到2kpi之间循环。

1. 逆变器输出限制逻辑：

在控制逻辑中加入了电压限制环节。当逆变器计算出的目标电压超过直流母线所能提供的最大线性调制范围时，程序通过等比例缩放三相控制信号，防止波形发生严重削波失真。

1. 动力学模拟细节：

在计算直流母线电压更新时，考虑了逆变器直流侧等效电流。该电流基于功率守恒原则（P_ac = Vdc * Idc_inv）计算，体现了能量从直流侧向交流侧流动的物理本质。

1. THD计算实现：

程序截取了仿真末尾趋于稳定的一段波形进行离散傅里叶分析，排除了启动阶段的暂态过程，使得结果能更准确地反映系统在稳态下的电能质量。