Matlab/Simulink 搭建两级式光伏并网系统仿真

Matlab/Simulink：两级式光伏并网系统（光伏板+boost变换器+LCL逆变器+电网) 组成部分及功能： 1.主电路：由光伏板+boost变换器+LCL逆变器+电网组成，电网电压相电压有效值220 V，频率 50 Hz 2.控制模块，光伏的MPPT采用扰动增量法+PI控制的模式（标准光强下最大功率10 kW），LCL逆变器采用电压电流双闭环解耦控制，直流母线电压控制在700 V 3.锁相环及坐标变换，从abc坐标轴到dq坐标轴 4.调制模块，采用SVPWM，开关频率10kHz 5.观测模块，示波器观测，同时将数据输出到工作空间以便于画图。仿真波形描述：1 s时光照强度降低，MPPT算法仍可以追踪到最大功率。

在可再生能源领域，光伏发电是一个热门话题。今天就来聊聊如何用 Matlab/Simulink 搭建一个两级式光伏并网系统，这个系统主要由光伏板、boost 变换器、LCL 逆变器和电网组成。

系统组成部分及功能

1. 主电路

主电路是整个系统的基础，它由光伏板、boost 变换器、LCL 逆变器和电网组成。在 Matlab/Simulink 里搭建主电路时，要注意电网的参数设置。这里电网电压相电压有效值为 220V，频率是 50Hz。下面是简单的代码示例，虽然在 Simulink 里更多是图形化操作，但这些参数在代码里可以有对应的体现：

matlab 复制代码

% 电网参数设置
Vrms = 220; % 相电压有效值
f = 50; % 频率
w = 2*pi*f; % 角频率

代码分析：首先定义了相电压有效值 Vrms 为 220V，频率 f 为 50Hz，然后通过公式 w = 2pif 计算出角频率 w，角频率在后续分析交流信号时会用到。

2. 控制模块

控制模块是系统的核心部分之一。光伏的 MPPT（最大功率点跟踪）采用扰动增量法 + PI 控制的模式，在标准光强下最大功率为 10kW。LCL 逆变器采用电压电流双闭环解耦控制，直流母线电压控制在 700V。

下面是一个简单的 PI 控制器代码示例：

matlab 复制代码

% PI 控制器参数
Kp = 1; % 比例系数
Ki = 0.1; % 积分系数
e_sum = 0; % 误差积分

function u = PI_controller(r, y, Kp, Ki, e_sum)
    e = r - y; % 计算误差
    e_sum = e_sum + e; % 误差积分
    u = Kp*e + Ki*e_sum; % 输出控制量
    return u;
end

代码分析：这里定义了比例系数 Kp 和积分系数 Ki，以及误差积分变量 esum*。PI* controller 函数接收参考值 r、实际值 y、比例系数 Kp、积分系数 Ki 和误差积分 e_sum 作为输入，通过计算误差 e 并更新误差积分，最后根据 PI 控制算法计算出控制量 u。

3. 锁相环及坐标变换

锁相环及坐标变换是为了将 abc 坐标轴转换到 dq 坐标轴。在 Simulink 里有专门的模块可以实现这个功能。不过从原理上来说，坐标变换就是通过一定的矩阵运算来实现的。下面是一个简单的坐标变换代码示例：

matlab 复制代码

function [Vd, Vq] = abc_to_dq(va, vb, vc, theta)
    % 克拉克变换
    Valpha = va;
    Vbeta = (1/sqrt(3))*(2*vb - va - vc);
    % 帕克变换
    Vd = Valpha*cos(theta) + Vbeta*sin(theta);
    Vq = -Valpha*sin(theta) + Vbeta*cos(theta);
    return [Vd, Vq];
end

代码分析：这个函数接收三相电压 va、vb、vc 和角度 theta 作为输入，首先进行克拉克变换得到 Valpha 和 Vbeta，然后进行帕克变换得到 Vd 和 Vq，从而实现了从 abc 坐标轴到 dq 坐标轴的转换。

4. 调制模块

调制模块采用 SVPWM（空间矢量脉宽调制），开关频率为 10kHz。在 Simulink 里可以使用相关的 SVPWM 模块进行搭建。这里简单说一下 SVPWM 的原理，它是通过控制逆变器的开关状态来合成期望的电压矢量。

5. 观测模块

观测模块可以用示波器观测波形，同时将数据输出到工作空间以便于画图。在 Simulink 里添加示波器模块和 To Workspace 模块就可以实现这个功能。

仿真波形描述

在仿真过程中，当 1s 时光照强度降低，MPPT 算法仍可以追踪到最大功率。这就体现了 MPPT 算法的有效性。通过观察示波器的波形和工作空间的数据，可以看到系统在光照强度变化时的动态响应。

总的来说，用 Matlab/Simulink 搭建两级式光伏并网系统可以让我们更好地理解光伏发电系统的工作原理和控制策略，通过不断调整参数和优化算法，可以提高系统的性能和稳定性。