手把手教你学simulink（93.1）--微电网逆变器实例：基于Simulink的微电网场景下的微电网逆变器建模仿真

% 添加光伏电池模型
add_block('simulink/Simscape/Foundation Library/Electrical/Elements/Solar Cell', [modelName '/SolarCell']);
set_param([modelName '/SolarCell'], 'Area', '0.5'); % 设置光伏电池面积为0.5平方米
set_param([modelName '/SolarCell'], 'Iph', '8'); % 设置光生电流为8A
set_param([modelName '/SolarCell'], 'Voc', '45'); % 设置开路电压为45V
set_param([modelName '/SolarCell'], 'Rs', '0.5'); % 设置串联电阻为0.5欧姆
set_param([modelName '/SolarCell'], 'Rsh', '1000'); % 设置并联电阻为1000欧姆
set_param([modelName '/SolarCell'], 'Ncell', '72'); % 设置光伏电池单元数为72

2.1.2 MPPT控制器模型

MPPT控制器用于优化光伏电池输出的最大功率点，确保系统在不同光照和温度条件下都能获得最大能量输出。可以采用扰动观察法（Perturb and Observe, P&O）来实现MPPT控制。

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% 添加MPPT控制器模型
add_block('simulink/User-Defined Functions/MATLAB Function', [modelName '/MPPTController']);
set_param([modelName '/MPPTController'], 'MATLABFunction', 'function y = fcn(u)\n    % Perturb and Observe MPPT algorithm\n    persistent prev_power duty_cycle\n    if isempty(prev_power)\n        prev_power = u(1) * u(2);\n        duty_cycle = 0.5;\n    end\n    step_size = 0.01;\n    delta_P = (u(1) * u(2)) - prev_power;\n    if delta_P > 0\n        duty_cycle = duty_cycle + step_size * sign(delta_P);\n    else\n        duty_cycle = duty_cycle - step_size * sign(delta_P);\n    end\n    prev_power = u(1) * u(2);\n    y = duty_cycle;\nend');
set_param([modelName '/MPPTController'], 'SampleTime', '1e-3'); % 设置采样时间为1ms

2.1.3 逆变桥模型

逆变桥由六个开关器件组成，通常采用IGBT或MOSFET。我们可以使用Universal Bridge模块来模拟逆变桥的行为。

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% 添加逆变桥模型
add_block('simulink/Simscape/Electrical/Specialized Technology/Fundamental Blocks/Power Electronics/Universal Bridge', [modelName '/InverterBridge']);
set_param([modelName '/InverterBridge'], 'SnubberResistance', 'inf'); % 无缓冲电阻
set_param([modelName '/InverterBridge'], 'SnubberCapacitance', '0'); % 无缓冲电容
set_param([modelName '/InverterBridge'], 'Ron', '0.01'); % 开关导通电阻
set_param([modelName '/InverterBridge'], 'Lon', '0'); % 开关导通电感
set_param([modelName '/InverterBridge'], 'Roff', '1e6'); % 开关截止电阻
set_param([modelName '/InverterBridge'], 'Loff', '0'); % 开关截止电感
set_param([modelName '/InverterBridge'], 'Configuration', '3-level bridge (6 legs)'); % 三相逆变桥配置

2.1.4 滤波器模型

滤波器用于平滑输出电压波形，减少谐波成分。我们可以使用LC滤波器来实现。

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% 添加LC滤波器模型
add_block('simulink/Simscape/Foundation Library/Electrical/Elements/Capacitor', [modelName '/Capacitor']);
set_param([modelName '/Capacitor'], 'C', '100e-6'); % 电容值为100uF

add_block('simulink/Simscape/Foundation Library/Electrical/Elements/Inductor', [modelName '/Inductor']);
set_param([modelName '/Inductor'], 'L', '1e-3'); % 电感值为1mH

2.1.5 电网接口模型

电网接口用于将逆变器输出的交流电接入主电网或供本地负载使用。我们可以使用理想变压器和负载来模拟电网接口。

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% 添加电网接口模型
add_block('simulink/Simscape/Foundation Library/Electrical/Elements/Ideal Transformer', [modelName '/IdealTransformer']);
set_param([modelName '/IdealTransformer'], 'TurnsRatio', '1'); % 设置变压器匝比为1

add_block('simulink/Simscape/Foundation Library/Electrical/Elements/Resistor', [modelName '/GridLoad']);
set_param([modelName '/GridLoad'], 'R', '10'); % 设置负载电阻为10欧姆

2.2 连接各模块

将上述各个模块连接起来，形成完整的微电网逆变器控制系统。

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% 连接光伏电池到MPPT控制器
add_line(modelName, '/SolarCell/1', '/MPPTController/1', 'autorouting', 'on');
add_line(modelName, '/SolarCell/2', '/MPPTController/2', 'autorouting', 'on');

% 连接MPPT控制器到逆变桥的输入端口
add_line(modelName, '/MPPTController/1', '/InverterBridge/1', 'autorouting', 'on');

% 连接逆变桥输出到LC滤波器
add_line(modelName, '/InverterBridge/1', '/Inductor/1', 'autorouting', 'on');
add_line(modelName, '/Inductor/1', '/Capacitor/1', 'autorouting', 'on');

% 连接LC滤波器输出到电网接口
add_line(modelName, '/Capacitor/1', '/IdealTransformer/1', 'autorouting', 'on');
add_line(modelName, '/IdealTransformer/1', '/GridLoad/1', 'autorouting', 'on');

2.3 添加输出显示

使用Scope块显示系统输出。

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% 添加Scope块显示系统输出
add_block('simulink/Sinks/Scope', [modelName '/Scope']);
connect_blocks(modelName, {'/SolarCell', '/Scope'}); % 连接光伏电池输出到Scope
connect_blocks(modelName, {'/MPPTController', '/Scope'}); % 连接MPPT控制器输出到Scope
connect_blocks(modelName, {'/InverterBridge', '/Scope'}); % 连接逆变桥输出到Scope
connect_blocks(modelName, {'/Capacitor', '/Scope'}); % 连接滤波器输出到Scope
connect_blocks(modelName, {'/IdealTransformer', '/Scope'}); % 连接电网接口输出到Scope

3. 仿真设置与运行

3.1 设置仿真参数

在上述代码中，已经设置了仿真时间为0.5秒，并保存了模型。

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% 设置仿真时间
set_param(modelName, 'StopTime', '0.5'); % 设置仿真时间为0.5秒
save_system(modelName); % 保存模型

3.2 运行仿真

打开Simulink模型，点击工具栏中的“Run”按钮运行仿真。

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% 打开Simulink模型并运行仿真
open_system(modelName); % 打开Simulink模型
sim(modelName); % 运行仿真

3.3 分析仿真结果

在Simulink模型中，打开Scope块查看系统响应曲线。

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% 打开Scope窗口
open_system([modelName '/Scope']);