【Simulink仿真】两级式三相光伏并网发电系统
摘要
本文基于两级式三相光伏并网发电系统进行了Simulink仿真研究。该系统主要包括光伏电池阵列、DC-DC升压电路、三相逆变器和并网控制模块。通过采用最大功率点跟踪（MPPT）算法和空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术，系统实现了光伏阵列输出的最大功率传输以及与电网的稳定并网。仿真结果表明，系统能够在不同光照条件下实现高效稳定的电能输出，并网电流谐波失真率较低。
理论
1. 两级式光伏并网发电系统组成：
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光伏电池阵列：将光能转换为直流电能。
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DC-DC升压电路：通过脉宽调制（PWM）控制开关管的通断来调节输出电压，并实现最大功率点跟踪（MPPT）。
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三相逆变器：将直流电转换为三相交流电，输出至电网。
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并网控制模块：通过SVPWM控制，使逆变器输出的电压和频率与电网保持同步。
2. DC-DC升压电路和MPPT控制：
DC-DC升压电路的主要目的是将光伏电池阵列的电压升压至满足逆变器输入要求的电压。通过MPPT算法，可以动态调整升压电路的占空比，使得光伏阵列能够在不同环境条件下输出最大功率。
3. 三相逆变器与SVPWM控制：
三相逆变器负责将直流电转换为三相交流电，并通过SVPWM控制实现与电网的相位和频率同步。SVPWM通过计算电压矢量的参考值，产生合适的开关信号控制逆变器的开关动作，达到高效的直流-交流转换。
实验结果
1. 实验参数设置：
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光伏阵列额定功率：5 kW
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输入直流电压：300 V
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输出交流电压：380 V（三相线电压）
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并网频率：50 Hz
2. 仿真结果分析：
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光伏阵列输出：在不同光照条件下，光伏电池输出电压和电流随之变化，但通过MPPT控制，系统能够有效跟踪最大功率点，确保光伏阵列的最大功率输出。
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逆变器输出：通过SVPWM控制，逆变器输出的三相电压与电网同步，频率稳定为50 Hz。
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并网电流：仿真结果显示，并网电流波形与电网电压保持一致，且谐波失真率（THD）低于2%，符合并网要求。
部分代码
% MPPT控制算法实现（基于增量电导法）
function [duty_cycle] = MPPT_Controller(Vpv, Ipv)
persistent prev_V;
persistent prev_I;
if isempty(prev_V)
prev_V = 0;
prev_I = 0;
end
dV = Vpv - prev_V;
dI = Ipv - prev_I;
if dV == 0
duty_cycle = 0;
elseif dI / dV > -Ipv / Vpv
duty_cycle = duty_cycle + 0.01; % 增大占空比
else
duty_cycle = duty_cycle - 0.01; % 减小占空比
end
prev_V = Vpv;
prev_I = Ipv;
end
% SVPWM控制代码实现
function [Vabc] = SVPWM_Controller(Vdc, theta)
% 计算两相静止坐标系下的电压
Valpha = Vdc * cos(theta);
Vbeta = Vdc * sin(theta);
% 计算三相输出电压
Vabc(1) = Valpha;
Vabc(2) = -0.5 * Valpha + sqrt(3) / 2 * Vbeta;
Vabc(3) = -0.5 * Valpha - sqrt(3) / 2 * Vbeta;
end
参考文献
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Carrasco, J. M., Franquelo, L. G., Bialasiewicz, J. T., Galvan, E., Portillo, G., Prats, M. A., & Leon, J. I. (2006). "Power-electronic systems for the grid integration of renewable energy sources: A survey." IEEE Transactions on Industrial Electronics, 53(4), 1002-1016.
Teodorescu, R., Liserre, M., & Rodriguez, P. (2011). "Grid Converters for Photovoltaic and Wind Power Systems." John Wiley & Sons.
Blaabjerg, F., Teodorescu, R., Liserre, M., & Timbus, A. V. (2006). "Overview of control and grid synchronization for distributed power generation systems." IEEE Transactions on Industrial Electronics, 53(5), 1398-1409.
