三相并网逆变器系统（光伏发电系统）simulink仿真

实验一 三相并网逆变器系统仿真实验

一、训练内容：

三相并网逆变器的并网原理与数学模型；基于 PID控制器的矢量控制策略及参数设计；三相 SVPWM 调制技术；三相软件 PLL 技术及参数设计；三相并网逆变器系统的simulink仿真分析。
一、新能源发电与并网技术
新能源是指传统能源之外的各种形式能源 ，包括太阳能、风能、水能、地热能、生物质能和海洋能。 新能源发电是指某些中小型发电 装置靠近用户侧安装，它既可以独立于公共 电网直接为少量用户提供电能，也能直接接入配网，与公共电网一起为用户提供电能。

中小容量燃气轮机发电、 风力发电机组以及以直流电形式存在的太阳能光伏电池、燃料电池等分布式电源发出的电能无法直接供给交流负荷， 须经一定的接口并网。分布式发电并网接口方式分电力电子逆变器接口和常规旋转电机接口类，前者在体积、重量、变换效率、可靠性、电性能等方面均优于后者，目前主要装置是并网逆变器。逆变器的拓扑结构是关键，关系到逆变器的效率和成本。

电网规划需要进行网架优化工作， 通过确定合理的大规模新能源基地的网架结构和送端电源结构， 实现新能源与常规能源的合理布局和优化配置； 输电环节需要采用高压交／直流送出技术， 提升电网的输送能力，降低输送功率损耗。
智能电网对风电场和光伏电站在按入电网之后的有功功率控制、功率预测、无功功率、电压调节、低电压穿越、运行频率、电能质量、模型和参数、 通信与信号和接入电网测试等方面均作出了具体的规定， 用以解决风能、 太阳能等新能源发电标准化接入、 间歇式电源发电功率精确预测以及运行控制技术等问题，以实现大规模新能源的科学合理利用。

二、三相电网电压锁相环原理分析与参数设计
2.1 PLL 的工作原理：
锁相环（ PLL）是目前使用最普遍的相位同步方法，它用于获得准确实时的相位信息， 提供计算基准， 其性能对于整个控制系统至关重要。 在控制过程中要求锁相电路必须在存在电压畸变如谐波、 频率突变、相位突变以及三相不平衡条件下，能够快速、准确地锁定电压相位，并需满足收敛速度要快、相位估计精度高、抗干扰能力强等几方面要求。

图 1：PLL 的工作原理
模块分析：
The phase detector (PD)：该模块产生的输出信号正比于输入信号 u 和锁相环的 VCO 输出信号 u`之间的相位角偏差， pd 中可能包含有高频谐波。
The loop filter (LF) ：该模块具有低通滤波特性，可以衰减 PD 输出中的高频谐波， LF 模块可以是一个一阶低通滤波器，也可以是一个 PI 控制器。
The voltage-controlled oscillator (VCO)：该模块的输出将产生一个交流信号，该信号的频率相对中心频率 wc 波动，VCO 输出信号 u 的相位最终希望与输入信号 u 的相位相同。

2.2 PLL 的数学模型
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图 2：PLL 的数学建模图
不同于通信系统，在并网系统中，电网频率非常接近 PLL 的截止频率。当采用传统乘法 PD 时，PLL 锁相后进入稳态时相角误差信号中高频振荡信号频率仅仅是电网频率的两倍，因此只是通过 LF 来完全消除该高频振荡信号是不可能的。构造不产生两倍电网频率的 PD 可以采用正交信号发生器 -QSG。由上可知，基于 QSG-PD 不会产生任何稳态振荡信号，因此可以完全遵循常规 PLL 的通用设计准则，而且允许进一步提升 PLL 的带宽。

图 3：正交信号发生器

二、 实验要求

1. 了解Matlab中Simulink如何构建子系统以及模型构建的技巧。
2. 通过查询资料，搞清三相并网逆变器控制系统的数学模型和工作原理。

三、 实验内容

熟悉并掌握Matlab/simulink库相关模块应用，构建直驱式风力发电的机侧和网侧变流器的数学模型（并网逆变器，机侧逆变器和相关的控制模块）并进行仿真实验验证。

四、 实验步骤

1. 启动Matlab，调用Simulink工具箱中的模块，构建如图所示的光伏发电系统模型，进行系统调试。
2. 观察各子系统输出波形，并分析结果。
   
   图4 并网逆变器的控制框图

五、 实验结果

图5 系统的仿真框图

图6 坐标变换及电流环模块结构图

图7 三相电流3/2变换结构图
整个光伏并网的仿真搭建当时也是和小组同学前后肝了好几个课时，具体的子系统很多，调参也非常麻烦，最后的波形和结果都能出来，符合预期。

图8 单位功率因数输出电压、电流波形
具体的slx文件在这里：https://download.csdn.net/download/qq_44508828/85001286，有需要可提取。制作不易，拿走三连喔~