基于Simulink的‘单相全桥逆变器并离网控制‘模型

#基于Simulink的单相逆变器并离网控制单相全桥并离网仿真模型；采用单环控制，并离网无缝衔接-切换时无明显跳变；调制采用单级倍频的方式，两种方案可供选择；仿真中尽可能考虑了单片机控制时的离散情况，对实物的实现具有很好的指导作用。注：（V0002）波形注释有问题，第三个是电流，第四个是电压。仿真波形解读：0-0.2s（离网时逆变器输出电压跟随电网电压）；0.2-0.4s（并网时切换为电流跟随，可以看出此时电流幅值为预设值5V，相位与电网电压一致）。 Simulink版本：2018b

最近在折腾单相逆变器的并离网控制时，发现用Simulink做离散化仿真真是能避开不少坑。这次做的全桥拓扑结构，重点实现了离网到并网的无缝切换，调通那刻看到示波器曲线平滑过渡，直接治好了我的波形强迫症。

控制策略这块采用了电压外环单环结构，代码里最核心的是这个PI控制器。参数整定用了临界比例法，Kp=0.85，Ki=35。特别要注意的是在Simulink离散库里的积分器设置，必须勾选Limit output（图1）。实测发现不限制积分饱和的话，切换瞬间会有2ms左右的震荡。

matlab 复制代码

% 离散PI控制器实现
function y = PI_Controller(u)
persistent integrator;
if isempty(integrator)
    integrator = 0;
end
Kp = 0.85;
Ki = 35*Ts;  % Ts=50us对应离散化
integrator = integrator + Ki*u;
integrator = min(max(integrator, -1), 1);  % 抗饱和处理
y = Kp*u + integrator;

调制部分玩了个花活------单级倍频技术。传统双极性调制要两组载波，这里用三角波移相90°生成等效倍频效果（图2）。实测开关频率20kHz时纹波比常规SPWM小了40%。注意死区时间要设置在1.5us左右，否则并网时会听到明显的电流啸叫。

离散化处理是这次仿真的亮点。每个控制周期都加了零阶保持器，采样时间严格对齐PWM载波周期。有个坑是Simulink的Powergui模块必须设置为离散模式，步长设定为50us（对应20kHz开关频率）。当把连续模型转成离散后，发现电感电流的THD从2.1%升到了2.8%，但更接近真实DSP的控制效果。

看波形图（图3）时要注意横轴的时间标注：前0.2秒离网状态，输出电压（蓝色曲线）死死咬住电网电压（红色虚线），相位差控制在1°以内。0.2秒切换瞬间，电流环（绿色曲线）像猎豹扑食一样瞬间锁定到5A幅值。有意思的是电压波形在切换点有个小凹陷，这是预同步阶段主动降低调制比实现的软切入。