💥💥💞💞欢迎来到本博客❤️❤️💥💥
🏆博主优势：🌞🌞🌞博客内容尽量做到思维缜密，逻辑清晰，为了方便读者。
⛳️座右铭：行百里者，半于九十。
📋📋📋本文目录如下：🎁🎁🎁
目录
⛳️赠与读者
👨💻做科研，涉及到一个深在的思想系统，需要科研者逻辑缜密，踏实认真，但是不能只是努力，很多时候借力比努力更重要，然后还要有仰望星空的创新点和启发点。当哲学课上老师问你什么是科学，什么是电的时候，不要觉得这些问题搞笑。哲学是科学之母，哲学就是追究终极问题，寻找那些不言自明只有小孩子会问的但是你却回答不出来的问题。建议读者按目录次序逐一浏览，免得骤然跌入幽暗的迷宫找不到来时的路，它不足为你揭示全部问题的答案，但若能让人胸中升起一朵朵疑云，也未尝不会酿成晚霞斑斓的别一番景致，万一它居然给你带来了一场精神世界的苦雨，那就借机洗刷一下原来存放在那儿的“躺平”上的尘埃吧。
或许，雨过云收，神驰的天地更清朗.......🔎🔎🔎
💥1 概述
【单相单级并网逆变器】模拟了一个具有最大功率点追踪（MPPT）功能的单相单级脉宽调制（PWM）光伏逆变器，并且支持并网运行。
为了简化硬件实现，开关应具有固定频率，并且使用数字信号处理器（DSP）脉宽调制（PWM）模块要求控制器以0:1的占空比生成其动作。在附加的仿真中，使用快速傅里叶变换（FFT）检测器检测电网角度。光伏（PV）通过电容器与逆变器连接，电容器的参考电压由增量导纳最大功率点追踪（MPPT）技术定义。光伏耦合电容器的电压通过控制注入电网的交流电流的幅度，来跟踪其参考值，从而改变提取的功率。交流参考电流的角度是根据电网角度和所需功率角（在我们的模型中设置为单位功率因数）获得的。然后使用电流控制环路来确保参考交流电流的相位和幅度的可接受跟踪。交流电流相位偏移跟踪还通过使用专用的比例-积分（PI）控制器来辅助生成相位补偿角。
一、系统拓扑与工作原理
1. 基本结构
单相单级并网逆变器采用H桥拓扑，由4个功率器件（IGBT/MOSFET）构成直流-交流转换核心。其典型结构包括：
- 直流侧滤波电容（CdcCdc）：滤除光伏输入的两倍工频纹波。
- LCL滤波器：由电感 L1L1、电容 CC 和电网侧电感 L2L2 组成，抑制开关谐波。
- 工频变压器：实现电网隔离与电压适配。
示例参数：Cdc=8μF，L1=2mH，C=10μF，L2=0.1mH。
2. 工作流程
- 直流输入：光伏阵列输出直流电（UdcUdc）。
- PWM调制：通过SPWM将直流电调制成高频脉冲。
- 电流控制：输出电流 iCiC 经增益 kdkd 后与参考电流 irefiref 比较，经PI控制器 Gc(s)Gc(s) 和PWM控制器 GPWM(s)GPWM(s) 生成驱动信号。
- 并网同步：PLL锁定电网电压相位，确保输出同频同相。
二、MPPT算法实现与优化
1. 算法分类与选择
| 类型 | 代表算法 | 响应速度 | 精度 | 复杂度 |
|---|---|---|---|---|
| 基于参数选择（间接法） | 恒电压法、开路电压法 | 快 | 低 | 简单 |
| 基于采样数据（直接法） | 扰动观察法、电导增量法 | 较快 | 高 | 中等 |
| 智能控制法 | 模糊控制、神经网络 | 快 | 高 | 复杂 |
| () | ||||
|
|
2. 关键实现技术
- 自适应变步长扰动观察法：
- 原理：远离最大功率点时采用大步长快速逼近，接近时切换小步长精细调节。
- 优势：较传统固定步长法跟踪速度提升30%，暂态振荡减少。
- 全局MPPT算法：
- 针对局部阴影下的多峰值问题，结合电导增量法与电压扫描策略。
- 工程优化：
- 电压扰动周期与功率计量时段协同设计，提升稳态精度。
- 母线电压纹波补偿：抑制两倍工频纹波导致的功率损失。
三、PWM控制技术深度解析
1. SPWM核心优势
- 波形质量：输出THD<3%（满足IEEE-519标准），优于方波调制。
- 动态响应：单级控制实现调频调压，响应速度<10ms。
- 简化设计：无需中间直流环节参数调整。
2. 控制策略对比
| 控制类型 | 实现方式 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 滞环控制 | 实时比较电流误差，直接生成PWM | 高动态响应需求 |
| 预测控制 | 计算逆变电压强迫电流跟踪参考值 | 高精度并网 |
| PI+SPWM | 双闭环控制（外环电压+内环电流） | 通用并网系统 |
| () |
创新方向：第三代宽禁带半导体（SiC/GaN）提升开关频率至100kHz以上，降低损耗。
四、并网同步与稳定性保障
1. 同步策略
- 锁相环（PLL） ：基础方案，检测电网电压相位。
- 虚拟同步机（VSG） ：模拟同步发电机转子运动方程，提供惯性支撑：
- 预同步控制：
- 无网压传感器方案：通过周期性脉冲估计电网相位。
- 相位差ΔδΔδ控制，实现平滑闭合并网开关。
2. 弱电网适应性
- 耦合效应抑制：优化PLL带宽，避免与电网阻抗谐振。
- 多逆变器协同：分布式控制器交换同步信息，主导节点统一相位。
五、仿真模型与实验验证
1. 典型仿真平台
| 平台 | 应用案例 | 优势 |
|---|---|---|
| MATLAB/Simulink | 双闭环PQ控制、MPPT算法验证 | 算法快速迭代 |
| RTDS硬件在环 | 弱电网接入测试 | 实时性高，贴合工程实际 |
| PLECS | 无储能离网控制验证 | 电力电子专用仿真 |
2. 关键仿真结果
- MPPT性能：自适应变步长法在光照突变下跟踪效率>99%。
- 并网电流质量：LCL滤波器使THD<3%。
- 抗孤岛保护：频率扰动法检测盲区<0.1Hz。
六、技术挑战与发展趋势
- 挑战：
- 单级拓扑的宽输入电压范围控制。
- 高比例新能源接入下的多逆变器振荡抑制。
- 趋势：
- 智能融合控制：AI优化MPPT步长+PWM参数实时调整。
- 构网型逆变器：提供电网电压/频率主动支撑。
- 数字孪生系统：结合实时仿真与物理装置。
结论
单相单级并网逆变器通过H桥拓扑+SPWM+自适应MPPT实现高效能量转换，依托PLL/VSG同步策略和LCL滤波保障并网质量。未来需突破宽电压范围控制与多机协同稳定性问题，向构网型智能系统演进。仿真验证表明，其THD、MPPT效率等关键指标均满足国际标准，为分布式能源并网提供可靠解决方案。
📚2 运行结果
2.1 仿真结果
2.2 Matlab代码可视化
部分代码：
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Duties and Grid Angle
% [04] duty_ab_GA.....................duty_aa, duty_bb, grid_angle
time_04=duty_ab_GA.time;
duty_aa=duty_ab_GA.signals.values(:,1);
duty_bb=duty_ab_GA.signals.values(:,2);
grid_angle=duty_ab_GA.signals.values(:,3);
yy=yy+1;
figure('Color',[1 1 1]);
grid
subplot(3,1,1),plot(time_04,duty_aa, 'r-','LineWidth',2);
set(gca,'FontWeight','demi','FontSize',14);
set(gca,'XGrid','on')
set(gca,'YGrid','on')
ylabel('Duty','FontWeight','demi','FontSize',14);
xlabel('time (sec.)','FontWeight','demi','FontSize',14);
legend('Duty of SW Ap','Location','NorthEast')
subplot(3,1,2),plot(time_04,duty_bb, 'r-','LineWidth',2);
set(gca,'FontWeight','demi','FontSize',14);
set(gca,'XGrid','on')
set(gca,'YGrid','on')
ylabel('Duty','FontWeight','demi','FontSize',14);
xlabel('time (sec.)','FontWeight','demi','FontSize',14);
legend('Duty of SW Bp','Location','NorthEast')
subplot(3,1,3),plot(time_04,grid_angle, 'r-','LineWidth',2);
set(gca,'FontWeight','demi','FontSize',14);
set(gca,'XGrid','on')
set(gca,'YGrid','on')
ylabel('Grid Angle Rad','FontWeight','demi','FontSize',14);
xlabel('time (sec.)','FontWeight','demi','FontSize',14);
legend('Grid Angle','Location','NorthEast')
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Inverter Referecne Current, Phase Shift, Phase Compensation
% [05] Iref_phcomp_phshift.........i_ref, phase_comp, phase_shift
time_05=Iref_phcomp_phshift.time;
i_ref=Iref_phcomp_phshift.signals.values(:,1);
ph_comp=(180/pi)*Iref_phcomp_phshift.signals.values(:,2);
ph_shift=(180/pi)*Iref_phcomp_phshift.signals.values(:,3);
yy=yy+1;
figure('Color',[1 1 1]);
grid
subplot(3,1,1),plot(time_05,i_ref, 'r-','LineWidth',2);
set(gca,'FontWeight','demi','FontSize',14);
set(gca,'XGrid','on')
set(gca,'YGrid','on')
ylabel('Current (A)','FontWeight','demi','FontSize',14);
xlabel('time (sec.)','FontWeight','demi','FontSize',14);
legend('Inverter Reference Current','Location','NorthEast')
subplot(3,1,2),plot(time_05,ph_shift, 'r-','LineWidth',2);
set(gca,'FontWeight','demi','FontSize',14);
set(gca,'XGrid','on')
set(gca,'YGrid','on')
ylabel('Phase Angle (deg)','FontWeight','demi','FontSize',14);
xlabel('time (sec.)','FontWeight','demi','FontSize',14);
legend('Phase Shift Ir and Iact','Location','NorthEast')
subplot(3,1,3),plot(time_05,ph_comp, 'r-','LineWidth',2);
set(gca,'FontWeight','demi','FontSize',14);
set(gca,'XGrid','on')
set(gca,'YGrid','on')
ylabel('Phase Angle (deg)','FontWeight','demi','FontSize',14);
xlabel('time (sec.)','FontWeight','demi','FontSize',14);
legend('Phase Compensation','Location','NorthEast')
myfilename=strcat('File',num2str(yy))
myfilename=strcat(myfilename,'.pdf');
set(gcf,'PaperPositionMode','auto');
set(gcf,'InvertHardcopy','off','Renderer','zbuffer');
saveas(gcf,myfilename);
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Reference Inverter Current, Modified Inverter Reference Current, Actual
% Measured Current
% [06] I_ref_mod_act...............i_ref, i_ref_mod, i_meas
time_06=I_ref_mod_act.time;
i_ref=I_ref_mod_act.signals.values(:,1);
i_ref_mod=I_ref_mod_act.signals.values(:,2);
i_inv_ac=I_ref_mod_act.signals.values(:,3);
yy=yy+1;
figure('Color',[1 1 1]);
grid
plot(time_06,i_ref,'r-',time_06,i_ref_mod,'b-.',time_06,i_inv_ac,'k--','LineWidth',2);
set(gca,'XGrid','on')
set(gca,'YGrid','on')
ylabel('Current (A)','FontWeight','demi','FontSize',14);
xlabel('time (sec.)','FontWeight','demi','FontSize',14);
legend('Inv. Ref. Cur.','Lead Inv. Ref. Cur.','Actual Inv. Cur.','NorthEast')
myfilename=strcat('File',num2str(yy))
myfilename=strcat(myfilename,'.pdf');
set(gcf,'PaperPositionMode','auto');
set(gcf,'InvertHardcopy','off','Renderer','zbuffer');
saveas(gcf,myfilename);
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% DC Link Voltage and Current and AC inverter Current
% [07] dclinkv_dclinki_imeas.......dclink_v, dclink_i, i_meas
time_07=dclinkv_dclinki_imeas.time;
dc_link_v=dclinkv_dclinki_imeas.signals.values(:,1);
dc_link_i=dclinkv_dclinki_imeas.signals.values(:,2);
i_inv_ac=dclinkv_dclinki_imeas.signals.values(:,3);
yy=yy+1;
figure('Color',[1 1 1]);
grid
subplot(3,1,1),plot(time_07,dc_link_v, 'r-','LineWidth',2);
set(gca,'FontWeight','demi','FontSize',14);
set(gca,'XGrid','on')
set(gca,'YGrid','on')
ylabel('Voltage (V)','FontWeight','demi','FontSize',14);
xlabel('time (sec.)','FontWeight','demi','FontSize',14);
legend('Inverter DC I/P Voltage','Location','NorthEast')
subplot(3,1,2),plot(time_07,dc_link_i, 'r-','LineWidth',2);
set(gca,'FontWeight','demi','FontSize',14);
set(gca,'XGrid','on')
set(gca,'YGrid','on')
ylabel('Current (A)','FontWeight','demi','FontSize',14);
xlabel('time (sec.)','FontWeight','demi','FontSize',14);
legend('Inverter DC I/P Current','Location','NorthEast')
subplot(3,1,3),plot(time_07,i_inv_ac, 'r-','LineWidth',2);
set(gca,'FontWeight','demi','FontSize',14);
set(gca,'XGrid','on')
set(gca,'YGrid','on')
ylabel('Current (A)','FontWeight','demi','FontSize',14);
xlabel('time (sec.)','FontWeight','demi','FontSize',14);
legend('Inverter AC O/P current','Location','NorthEast')
myfilename=strcat('File',num2str(yy))
myfilename=strcat(myfilename,'.pdf');
set(gcf,'PaperPositionMode','auto');
set(gcf,'InvertHardcopy','off','Renderer','zbuffer');
saveas(gcf,myfilename);
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Inverter Reference Current, Lead Inverter Reference Current,
% [08] iref_irefmod................i_ref,i_ref_mod
time_08=iref_irefmod.time;
i_ref=iref_irefmod.signals.values(:,1);
i_ref_mod=iref_irefmod.signals.values(:,2);
yy=yy+1;
figure('Color',[1 1 1]);
grid
plot(time_08,i_ref,'r-',time_08,i_ref_mod,'b-.','LineWidth',2);
set(gca,'XGrid','on')
set(gca,'YGrid','on')
ylabel('Current (A)','FontWeight','demi','FontSize',14);
xlabel('time (sec.)','FontWeight','demi','FontSize',14);
legend('Inv. Ref. Cur.','Lead Inv. Ref. Cur.','NorthEast')
myfilename=strcat('File',num2str(yy))
myfilename=strcat(myfilename,'.pdf');
set(gcf,'PaperPositionMode','auto');
set(gcf,'InvertHardcopy','off','Renderer','zbuffer');
saveas(gcf,myfilename);
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% PV Terminal Voltages, Inverter DC I/P Voltage, PV mean Power, Grid
% Injected MEan Power
% [09] VPV_VDC_PPV_PG...............V_PV,dclink_v,P_PV,P_grid
time_09=VPV_VDC_PPV_PG.time;
PV_V=VPV_VDC_PPV_PG.signals(1).values(:,1);
dc_link_v=VPV_VDC_PPV_PG.signals(1).values(:,2);
PV_P=VPV_VDC_PPV_PG.signals(2).values(:,1);
Grid_P=VPV_VDC_PPV_PG.signals(2).values(:,2);
yy=yy+1;
figure('Color',[1 1 1]);
grid
subplot(2,1,1),plot(time_09,PV_V, 'r-',time_09,dc_link_v,'b-.','LineWidth',2);
set(gca,'FontWeight','demi','FontSize',14);
set(gca,'XGrid','on')
set(gca,'YGrid','on')
ylabel('Voltage (V)','FontWeight','demi','FontSize',14);
xlabel('time (sec.)','FontWeight','demi','FontSize',14);
legend('PV Terminal Voltage', 'Inverter DC I/P Voltage','Location','NorthEast')
subplot(2,1,2),plot(time_09,PV_P, 'r-',time_09,Grid_P,'b-.','LineWidth',2);
set(gca,'FontWeight','demi','FontSize',14);
set(gca,'XGrid','on')
set(gca,'YGrid','on')
ylabel('Mean Power (KW)','FontWeight','demi','FontSize',14);
xlabel('time (sec.)','FontWeight','demi','FontSize',14);
legend('Mean PV Power','Mean Grid Injected Power','Location','NorthEast')
myfilename=strcat('File',num2str(yy))
myfilename=strcat(myfilename,'.pdf');
set(gcf,'PaperPositionMode','auto');
set(gcf,'InvertHardcopy','off','Renderer','zbuffer');
saveas(gcf,myfilename);
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Irradiation, Capacitor Ref. Voltage, Capacitor Actual voltage (filtered)
% PV mean Power, Grid Mean Power
% [10] ir_capvref_capvf_PPV_Pg.....ir,cap_ref_v, cap_v_filt, P_PV,P_grid
time_10=ir_capvref_capvf_PPV_Pg.time;
ir=ir_capvref_capvf_PPV_Pg.signals(1).values(:,1);
capv_ref=ir_capvref_capvf_PPV_Pg.signals(2).values(:,1);
capv_act=ir_capvref_capvf_PPV_Pg.signals(2).values(:,2);
P_PV=ir_capvref_capvf_PPV_Pg.signals(3).values(:,1);
P_grid=ir_capvref_capvf_PPV_Pg.signals(3).values(:,2);
yy=yy+1;
figure('Color',[1 1 1]);
🎉3 参考文献
文章中一些内容引自网络，会注明出处或引用为参考文献，难免有未尽之处，如有不妥，请随时联系删除。
[1]吴理博.单级式光伏并网逆变系统中的最大功率点跟踪算法稳定性研究[J].中国电机工程学报, 26(6)[2024-08-18].DOI:10.3321/j.issn:0258-8013.2006.06.013.
[2]于晶荣,曹一家,何敏,等.单相单级光伏逆变器最大功率点跟踪方法[J].仪器仪表学报, 2013, 34(1):18-25.
[3]古俊银,陈国呈.单级式光伏并网逆变器的无电流检测MPPT方法[J].中国电机工程学报, 2012, 32(27):5.DOI:CNKI:SUN:ZGDC.0.2012-27-021.
🌈4 Simulink仿真实现
资料获取，更多粉丝福利，MATLAB|Simulink|Python资源获取
扫一扫
613
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
