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Simulink 是MTALAB 最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
在实际设计之前利用Simulink 进行仿真不仅可以降低设计成本，还能及时发现设计中存在的问题，加以改正。
本文给出了基于Simulink 的SVPWM控制策略仿真的全过程和结果。
1SVPWM 的原理介绍SVPWM ，即空间电压矢量控制法，它的主要思想［1］是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM 波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。
传统的SPWM 方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而空间电压矢量控制法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。
相比于传统的SPWM 法，SVPWM 有如下特点［2］：1）在每个小区间虽有多次开关切换，但每次开关切换只涉及一个器件，所以开关损耗小。
2）利用电压空间矢量直接生成三相PWM 波，计算简单。
3）逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，比一般的SPWM 逆变器输出电压高15％SVPWM 控制的实现［3］通常有以下几步：（1）坐标的变换三相逆变系统有三组桥臂，设a 、b 、c 分别表示三组桥臂的开关状态，上桥臂导通下桥臂关断时其值为1，反之则为0。
那么可以得到三相逆变器输出的相电压和线电压之间的关系如下：V a V b V c 22222222＝V dc 2－1－1－12－1－1－1222a b 22c（1）其中，V dc 为逆变桥直流电压，令U＝[a，b ，c]表示一个矢量，当a 、b 、c 分别取1或者0的时候，该矢量就有8中工作状态，分别为[0，0，0]，[0，0，1]，[0，1，0]，[0，1，1]，[1，0，0]，[1，0，1]，[1，1，0]，[1，1，1]，如果我们用U 0和U 7表示零矢量，就可以得到6个扇区，三相控制可以用一个角速度为W＝2πF 的空间矢量电压U 表示，当U 遍历圆轨迹时，形成三相瞬时输出电压，理论证明，当U 落入某一扇区后，用该扇区两边界矢量和零矢量去合成U 可以得到最佳合成效果。
信息系统工程 │ 2010.6.20ACADEMIC RESEARCH 学术研究0 引言在电路、电力电子系统、电机系统、电力传输等的设计过程中，Simulink中的电力系统仿真模块集( SimPowerSystems)的使用大大提高了设计效率、缩短了设计周期。
M a t l a b / Simulink提供的电力电子电路系统建模与仿真工具为电力电子技术的研究与应用提供了较为理想的工具。
小型风力发电系统的使用日益广泛，逆变技术在风力发电系统中是一个极其关键的技术，它承担着将直流电调制成稳压稳频的交流电直接供给负载的任务。
本文选择1000W的正弦波逆变器为设计对象，通过理论分析、参数计算和模型仿真来研究正弦波逆变器输出电压的稳定性。
1 逆变电路的拓扑结构电压源型逆变电路的拓扑结构主要有两类：一类是单向电压源高频环节逆变电路；另一类是双向电压源高频环节逆变电路。
双向电压源高频环节逆变电路适用于需要双向功率流的逆变场合。
这类逆变器存在采用传统PWM技术的周波变换器换流时漏感能量引起的电压过冲现象，通常需要采用缓冲电路或有源电压箝位电路来吸收存储在漏感中的能量，从而使变换效率不够理想，增添了电路的复杂性。
本文采用单向电压源高频环节逆变器结构，如图1所示。
在直流电源和逆变器之间加入一级高频电气隔离直流变换器，使用高频变压器实现电压比调整和电气隔离，省掉了体积庞大且笨重的工频输出变压器，降低了音频噪声，显著提高了逆变器的特性。
电路原理图如图2所示。
前置DC/DC变换级电路采用双管正激变换电路，这种双管单端正激电路比单管正激电路多用了一个开关管，但其主功率管承受的电压降低了一倍，同时变压器少了一个磁通复位绕组。
克服了推挽电路必须有良好的对称性的要求。
与全桥变换电路相比，全桥变换器功率器件较多，控制及驱动较复杂，并且变压器铁芯存在直流偏磁现象，桥臂存在直通现象。
后置DC/AC逆变级电路采用电压型全桥逆变电路，电压型单相全桥逆变电路，其全控型开关器件，V5、V7同时通、断；V6、V8同时通、断；输出电压有效值为：0.9VD。
逆变器侧电流反馈的lcl并网逆变器电网电压前馈控制策略本文旨在研究逆变器侧电流反馈的lcl并网逆变器电网电压前馈控制策略。
首先，将简要介绍LCL滤波器的结构，以及其传统的电网控制策略。
其次，对具有LCL滤波器的LCL连接混合前馈电力调节逆变器进行模型分析，以及其在改善电力系统的功率因数和电压波动中的作用。
然后，将介绍在LCL串联滤波器中使用逆变器侧电流反馈的电网电压前馈控制策略。
最后，进行实验simulink仿真尝试，以验证本文研究的一般性可行性和有效性。
LCL滤波器是一种构成同步逆变器的重要组成部分，在感应器侧隔离网络母线与直流电源之间提供一种经济的机械连接，以及实现低频抑制/反馈控制和频率和相位的传递。
当同步逆变器作为供电设备，例如发电机或可再生能源，连接通用电力系统时，LCL滤波器具有良好的稳定性和过载能力。
但是，由于LCL滤波器的低频损耗，电力系统的功率因数降低，以及电压波动的加剧，这些滤波器的控制策略必须得到合理的研究。
传统上，采用两个具有可塑性的模式：一种是基于电流控制，另一种是基于电压控制。
电流控制是通过调节逆变器输入端的电流以维持电网负荷的发电量，从而达到优化的功率因数的目的，而电压控制则是检测和反馈电网电压，以保持电网电压在指定的范围内。
为了改善电力系统的功率因数和电压波动，将利用LCL串联滤波器中使用逆变器侧电流反馈的电网电压前馈控制策略。
首先，LCL滤波器输入端的电流将被控制，以实现网络提供的目标功率。
然后，将获得网络电压的反馈信号，其中可以利用逆变器侧电流反馈与电网电压的信号来调节逆变器的输出电流，以保持电网电压的范围。
此外，此控制策略可以用于不同的拓扑结构，例如对称和不对称的LCL连接，以及单线和三线联结。
为进一步证明本文研究的一般性可行性和有效性，本文将通过实验simulink模型仿真实验来验证。
在仿真实验中，使用一种基于混合前馈的LCL连接逆变器模型，建立一个6节点电网模型，其中包括发电机，负载，LCL连接以及基于LCL滤波器的逆变器模型。
基于LCL滤波的单相并网逆变器的设计张朝霞;文传博【摘要】并网逆变器作为发电系统和电网连接的核心装置,直接影响整个并网发电系统的性能,已成为国内外研究的热点.以单相全桥逆变器为研究对象,为更好地减小入网电流的总谐波失真,采用LCL型滤波器,具有更好的高频谐波抑制能力.控制策略使用双电流闭环控制,推导了控制方程,内环控制LCL滤波器中的电容电流,外环控制滤波后的电网侧电流,此控制方法使系统的稳定性和动态性能都得到了很好改善.设计了各元件的取值规则,建立了系统仿真模型,通过Matlab/Simulink仿真,证明了建立的单相并网逆变器可成功实现并网运行.【期刊名称】《上海电机学院学报》【年(卷),期】2019(022)002【总页数】6页(P83-88)【关键词】并网逆变器;滤波器;谐波抑制;双电流环控制【作者】张朝霞;文传博【作者单位】上海电机学院电气学院,上海 201306;上海电机学院电气学院,上海201306【正文语种】中文【中图分类】TM464光伏发电和风力发电等新能源并网是能源可持续发展战略的重要问题。
许多国家都积极研发光伏发电、风力发电等新能源并网发电系统[1-4]。
目前，常用的新能源回馈电网的方案为：先把新能源转化成电能；再把电能调节成满足全桥逆变器所需的直流电压；最后由全桥逆变器将新能源回馈到交流电网。
在整个并网系统中，最核心的环节是逆变器，使用正弦脉宽调制逆变技术(Sinusoidal Pulse Width Modulation, SPWM)。
这种方案采用了较多模拟环节，且其控制方法也比较落后，就使得并网逆变装置的并网效果不那么理想，使其应用受到限制。
针对并网逆变器技术的探索越来越多，面对以往控制技术的不足，人们提出了很多研究方向。
文献[5]将高速的数字信号处理(Digital Signal Processing, DSP)应用到并网逆变器的控制之中，使用数字控制与模拟控制结合实现理想的控制效果；文献[6]根据各系统情况的不同，采用不同的逆变器拓扑结构，如单相、三相、隔离等，且各结构之间可以进行组合，形成各种不同的形式，来满足更多的需求。
基于Matlab-Simulink的三相光伏发电并网系统的仿真————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：题目：基于Matlab/ Simulink的三相光伏发电并网系统的仿真院系：姓名：学号：导师：目录一、背景与目的 (3)二、实验原理 (3)1.并网逆变器的状态空间及数学模型 (3)1.1主电路拓扑 (4)1.2三相并网逆变器dq坐标系下数学模型 (4)1.3基于电流双环控制的原理分析 (5)2.L CL型滤波器的原理 (6)三、实验设计 (8)1.LCL型滤波器设计 (8)1.1LCL滤波器参数设计的约束条件81.2LCL滤波器参数计算81.3LCL滤波器参数设计实例92.双闭环控制系统的设计 (10)2.1网侧电感电流外环控制器的设计 (10)2.2电容电流内环控制器的设计 (11)2.3控制器参数计算 (11)四、实验仿真及分析 (12)五、实验结论 (16)一、背景与目的伴随着传统化石能源的紧缺，石油价格的飞涨以及生态环境的不断恶化，这些问题促使了可再生能源的开发利用。
而太阳能光伏发电的诸多优点，使其研究开发、产业化制造技术以及市场开拓已经成为令世界各国，特别是发达国家激烈竞争的主要热点。
近年来世界太阳能发电一直保持着快速发展，九十年代后期世界光伏电池市场更是出现供不应求的局面，进一步促进了发展速度。
目前太阳能利用主要有光热利用，光伏利用和光化学利用等三种主要形式，而光伏发电具有以下明显的优点：1. 无污染：绝对零排放－没有任何物质及声、光、电、磁、机械噪音等“排放”；2. 可再生：资源无限，可直接输出高质量电能，具有理想的可持续发展属性；3. 资源的普遍性：基本上不受地域限制，只是地区之间是否丰富之分；4. 通用性、可存储性：电能可以方便地通过输电线路传输、使用和存储；5. 分布式电力系统：将提高整个能源系统的安全性和可靠性，特别是从抗御自然灾害和战备的角度看，它更具有明显的意义；6. 资源、发电、用电同一地域：可望大幅度节省远程输变电设备的投资费用；7. 灵活、简单化：发电系统可按需要以模块化集成，容量可大可小，扩容方便，保持系统运转仅需要很少的维护，系统为组件，安装快速化，没有磨损、损坏的活动部件；8. 光伏建筑集成（BIPV-Building Integrated Photovoltaic）：节省发电基地使用的土地面积和费用，是目前国际上研究及发展的前沿，也是相关领域科技界最热门的话题之一。
计算机辅助工程设计课程设计与报告题目：基于SIMULINK的并网逆变器的仿真研究基于SIMULINK的并网逆变器的仿真研究第一章绪论1.1课题背景及研究意义当今社会，资源、环境和能源问题仍困扰着世界的发展。
对此，各国对开发利用新型能源、使用清洁能源的需求日益迫切，尤其是中国，地广人多，是能源消耗大国。
目前，国内更多的依靠火电、水电和核聚变发电来供电。
然而火电生产排放大量的硫化物、粉尘等严重污染空气，影响气候变迁，其来源化石能源也将消耗殆尽；水电建设成本高，资源有限，还会给江河系统造成不可逆的破坏；核电在安全方面有缺陷，一旦核泄漏，将给环境造成毁灭性的破坏，日本福岛核泄漏事故就是一个活生生的例子。
因此，人类不得不寻求更加清洁、安全的替代能源。
进入21世纪后，各国政府都在大力鼓励研究清洁可再生能源，太阳能、风能、地热能、潮汐能等环境能量开发技术获得快速发展，其中尤以风能和太阳能应用最多。
由于我国资源分布不均衡，有些地方如内蒙古、沿海，有的地方太阳能蕴藏量大，如西藏，但这些地方发出的电当地并不能完全消纳，而其他一些地区则因负荷过重而缺电，因此将电资源丰富的地方发出的电并入电网是明智之举。
然而，分布型电能并入电网需要做到与电网同频同相同幅值，目前并网技术成为了新能源发电的瓶颈技术。
因此，本文通过从并网逆变器的设计着手研究新能源并网技术，具有一定实际意义。
1.2 并网标准新能源发电并入电网的电能必须满足以下3个条件[5]：（1）电压幅值：纹波幅值≤10%。
（2）频率：频差≤0.3Hz[1]。
（3）相位相同，相序相同，且相位差≤20°。
表1-1 并网标准化指标表1-2 电压谐波技术指标1.3 本文研究的内容本文主要研究并网逆变器的设计方法及其控制策略的实现方法。
为获得与电网同频同相等幅、单位功率因数、低畸变率的并网电压电流，本文通过SPWM 双闭环控制。
本文的主要研究工作归纳如下：（1）分别建立新能源发电并网系统的数学模型，并在Simulink上进行仿真验证。
第２０卷第１期２００８年２月电力系统及其自动化学报ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＵ—ＥＰＳＡＶ０１．２０Ｎｏ．１Ｆｅｂ．２００８基于ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ的双频逆变器的仿真王明渝，向涛峰，李玉军（重庆大学电气工程学院，重庆４０００４４）摘要：逆变器输出电压波形质量与开关频率高低密切相关，但开关频率的提高带来了开关损耗提高。
为了减小开关损耗提出了使用双频逆变器提高系统效率。
它的高频部分采用单周控制方式，低频部分采用滞环控制方式，采用ＭＡＴＬＡＢ软件仿真链接进行仿真。
结果表明，跟普通单频逆变器相比，双频逆变器输出电压谐波总畸变率与普通高频逆变器差不多，达到１％以下。
同时高频开关的电流大大减小，仅为单个高频逆变器中电流的２０％左右，工作效率比单个高频逆变器提高５％以上。
关键词：双频逆变器；单周控制；滞环控制；电压谐波总畸变率中图分类号：ＴＭ４文献标志码：Ａ文章编号：１００３—８９３０（２００８）０１—０１０５—０５ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＤｏｕｂｌｅ—ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｎｖｅｒｔｅｒＢａｓｅｄｏｎＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫＷＡＮＧＭｉｎｇ—ｙｕ，ＸＩＡＮＧＴａｏ—ｆｅｎｇ，ＬＩＹｕ—ｊｕｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｏｗｅｒｑｕａｉｔｙｏｆｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｉｎｉｎｖｅｒｔｅｒｓｈａｓｃｌｏｓｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｗｉｔｈｔｈｅｓｗｉｔｃｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ｗｈｅｎｔｈｅｓｗｉｔｃｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅｓｗｉｔｃｈｌｏｓｓｇｅｔｓｈｉｇｈｅｒｗｅｌｌ．Ｄｏｕｂｌｅ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｎｖｅｒｔｅｒｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｓｗｉｔｃｈｌｏｓｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｉｔｃｏｎｔａｉｎｓｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｐａｒｔｂｙｕｓｉｎｇｃｙｃｌｅｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙｐａｒｔｂｙｕｓｉｎｇｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｃｏｎｔｒ０１．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄＭＡＴＩ。
并网逆变器动态特性分析与电流稳定控制研究并网逆变器动态特性分析与电流稳定控制研究摘要：用于太阳能光伏发电系统的并网逆变器在电网中起着重要的作用。
本文旨在研究并网逆变器的动态特性以及电流稳定控制方法。
首先，本文介绍了并网逆变器的工作原理和主要组成部分。
然后，采用数学模型对并网逆变器进行建模，并通过仿真与实验验证模型的准确性。
接着，对并网逆变器的动态响应进行分析，包括开关频率响应、输出电压响应和输出电流响应等。
最后，本文提出了一种电流稳定控制方法，该方法基于PI控制器和电流反馈回路，实现了并网逆变器输出电流的稳定控制。
关键词：并网逆变器，动态特性，电流稳定控制1. 引言随着可再生能源的快速发展和能源转型的需求，太阳能光伏发电系统得到了越来越广泛的应用。
太阳能光伏发电系统中的关键设备之一是并网逆变器，其主要功能是将直流电能转化为交流电能并注入电网中。
实际工程中，要求并网逆变器具备较好的动态特性和电流稳定控制能力，以确保系统的可靠运行。
2. 并网逆变器的工作原理和结构并网逆变器主要由直流侧和交流侧两个部分组成。
其工作原理是：通过PWM技术控制开关器件的导通和断开，利用电感和电容的滤波作用，将直流电能转化为交流电能。
直流侧主要包括MPPT控制器、滤波电容和电感等；交流侧主要包括IGBT功率开关和输出线圈等。
3. 并网逆变器的数学模型为了对并网逆变器进行分析和控制，需要建立其数学模型。
本文采用时域法对并网逆变器进行建模，并利用MATLAB/Simulink软件进行仿真验证。
实验结果表明，所建立的数学模型能够准确地描述并网逆变器的动态特性。
4. 并网逆变器的动态响应通过对数学模型进行仿真和实验，本文对并网逆变器的动态响应进行了分析。
首先，分析了并网逆变器在不同开关频率下的响应情况。
结果表明，开关频率越高，逆变器的动态响应越好。
其次，分析了并网逆变器在不同工作条件下的输出电压响应和输出电流响应。
实验结果表明，输出电压和输出电流均能在短时间内达到稳定状态，且稳定性较好。
东北电力技术２０２１年弱电网下光伏并网逆变器电能质量控制策略研究周识远（国网甘肃省电力公司，甘肃㊀兰州㊀７３００７０）摘要：针对弱电网下存在较大的电网等值阻抗导致电力系统中谐波以及电压波动影响整个电力系统电能质量的问题，提出一种基于瞬时无功功率理论的光伏并网逆变器电能质量控制策略㊂该控制策略采用ＰＩ双闭环控制实现直流侧母线电压稳定，并增加电压幅值反馈控制以稳定ＰＣＣ点电压㊂最后，基于Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ平台搭建弱电网下光伏并网发电系统，并对其进行仿真㊂仿真结果表明，该控制策略能够有效抑制电网谐波问题，降低电网阻抗对电网电能质量的影响，从而实现整个电力系统安全稳定运行㊂关键词：光伏并网逆变器；控制策略；电网等值阻抗；谐波［中图分类号］ＴＭ４６４㊀［文献标志码］Ａ㊀［文章编号］１００４－７９１３（２０２１）０５－０００６－０４ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＰｏｗｅｒＱｕａｌｉｔｙＣｏｎｔｒｏｌＳｔｒａｔｅｇｙｏｆＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＧｒｉｄ⁃ＣｏｎｎｅｃｔｅｄＩｎｖｅｒｔｅｒｓＵｎｄｅｒＷｅａｋＧｒｉｄＡｃｃｅｓｓＺＨＯＵＳｈｉｙｕａｎ（ＳｔａｔｅＧｒｉｄＧａｎｓｕＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌａｎｚｈｏｕ，Ｇａｎｓｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｈａｒｍｏｎｉｃａｎｄｖｏｌｔａｇｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｌａｒｇｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｉｍｐｅｄａｎｃｅｏｆｐｏｗｅｒｎｅｔｗｏｒｋｉｎｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆｗｅａｋｐｏｗｅｒｎｅｔｗｏｒｋ，ａｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｒｉｄ⁃ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒｂａｓｅｄｏｎｉｍｐｒｏｖｅｄｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｔｈｅｏｒｙｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｓｏｌｖｅ．ＴｈｅＤＣｓｉｄｅｖｏｌｔａｇｅｉｓｓｔａｂｉｌｉｚｅｄｂｙＰＩｄｏｕｂｌｅｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄｔｈｅｖｏｌｔａｇｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｆｅｅｄ⁃ｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌｉｓａｄｄｅｄｔｏｓｔａｂｉｌｉｚｅＰＣＣｐｏｉｎｔｖｏｌｔａｇｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｒｉｄ⁃ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｂｕｉｌｔｂｙＭａｔ⁃ｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋｆｏｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｕｐｐｒｅｓｓｈａｒｍｏｎｉｃｓａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｉｎ⁃ｆｌｕｅｎｃｅｏｆｎｅｔｗｏｒｋｉｍｐｅｄａｎｃｅｏｎｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙ，ｗｈｉｃｈａｃｈｉｅｖｅｖｏｌｔａｇｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｒｉｄ⁃ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒ；ｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ；ｎｅｔｗｏｒｋｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｉｍｐｅｄａｎｃｅ；ｈａｒｍｏｎｉｃｗａｖｅ㊀㊀太阳能作为一种清洁可再生能源，以无污染㊁储存量丰富㊁分散等优点在新能源领域占据重要角色㊂目前太阳能的利用以光伏发电形式最为广泛［１］㊂但对我国而言，受土地㊁光照资源的限制，大规模光伏电站主要建设在沙漠或半沙漠偏远地区，此时长距离的输电线路将导致线路阻抗增大，而且用户负载通常以离网或与外网以弱联系的形式连接，电网结构薄弱，系统供电能力较差［２－３］㊂逆变器作为并网光伏发电系统中最为关键环节之一，伴随远距离电网末端光伏逆变器并网数量增多㊁单机容量增大，其控制变得越来越复杂，电网安全稳定运行无法保证，若不能有效解决逆变器安全稳定运行问题，将对电网电能质量产生严重影响，甚至导致整个电力系统崩溃［４］㊂此外，弱电网环境下，负荷侧的切入与切除以及光伏发电系统输出功率波动都将导致主网电压的波动，从而使得并网点电压波形畸变甚至越限，输入谐波增大，系统电能质量变差，供电可靠性降低㊂传统逆变器的设计都将电网视为理想电压源，但在弱电网下传统电网模型将无法适用㊂此时基于戴维南定理，将网侧等效为理想电压源串联等值阻抗，但较大的电网阻抗对于弱电网将产生不利影响，而且伴随电网阻抗的增加，尤其是其中感性成分的增加，系统串／并联谐振现象将越发明显，这将导致电力系统的安全稳定性能下降，从而进一步恶化电网的稳定运行［５］，弱电网下系统电能质量问题变得越来越突出㊂为实现电网的无功补偿和电流谐波抑制，国内外学者对其进行了大量研究㊂文献［６］提出一种基于高频注入的电网阻抗检测方法，并通过试验验证所提方法的正确性，该方法改善了电流基波对电网的影响，但高频信号对用户侧２０２１年周识远：弱电网下光伏并网逆变器电能质量控制策略研究所引入的Ｃｇ干扰不容忽视㊂文献［７］利用最小二乘法检测阻抗，该方法对电力系统的稳定性和网侧电能质量的影响较小，但其涉及计算量庞大，而且算法比较复杂㊂文献［８－９］对传统锁相技术进行改进，电网波形发生畸变时可及时检测电网电压相位，从而提高并网电能质量，该控制策略简单易行，但其只能减少特定谐波㊂文献［１０］针对弱电网下多逆变器并联运行时，电网阻抗参数对光伏逆变器稳定运行影响及系统谐波振荡放大的原因进行了详细分析，为本文提供了有益的参考㊂文献［１１］提出一种基于瞬时无功功率理论的光伏并网逆变器的控制策略，该控制策略实现了光伏发电系统的消谐和无功补偿功能，提高了配电网的电能质量，但其未考虑ＰＣＣ点电压稳定问题㊂针对上述问题，本文以弱电网为研究背景，分析了光伏发电系统接入电网后的谐波以及电压波动问题，基于瞬时无功功率理论以及ＰＣＣ点电压幅值控制方法，以提高光伏逆变器无功输出性能，从而实现ＰＣＣ点电压的稳定和谐波环流的抑制，并采用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ进行仿真验证㊂１㊀单相光伏并网逆变器为提高控制精度，采用光伏并网逆变器双级式结构，前级采用Ｂｏｏｓｔ升压电路，后级采用单相全桥逆变电路㊂考虑电网阻抗（阻感性），单相全桥逆变器在并网状态下的等效模型如图１所示，其中光伏并网逆变器由ＤＣ／ＤＣ升压斩波电路与ＤＣ／ＡＣ单相全桥逆变电路构成㊂逆变器输出电流经ＬＣＬ滤波电路后，通过并网继电器并入电网㊂图１㊀并网状态下单相全桥逆变器的等效模型由于弱电网下存在较大的电网阻抗使得光伏阵列输入谐波增大，ＰＣＣ点电压发生波动，其输出特性呈非线性㊂为提高光伏并网发电系统输电效率，Ｂｏｏｓｔ升压斩波电路输出侧电压一般不低于５００Ｖ［１２］㊂图１中，Ｂｏｏｓｔ升压电路将电压值较低且变化范围大的Ｕｐｖ转换为适合ＤＣ／ＡＣ变换的直流侧电压Ｕｄｃ，Ｃｄｃ是容量比较大的电容，从而稳定Ｕｄｃ㊂逆变电路将直流侧电压Ｕｄｃ变换为与电网电压幅值接近㊁频率相同的电压Ｕｉｎｖ，由于该电压在开关频率处具有高频谐波，因而直接并入电网会带来大量谐波，要通过ＬＣＬ滤波器滤波，使电流以较低的畸变率并入电网Ｕｇ㊂根据图１，建立弱电网下的单相光伏并网逆变器的动态方程如下：Ｌｓ１ｄＩｉｎｖｄｔ＝Ｕｉｎｖ－Ｕｃ（１）ＣｄＵｃｄｔ＝Ｉｉｎｖ－Ｉｇ（２）ＬｇｄＩｇｄｔ＝Ｕｃ－Ｕｇ－ＲｇＩｇ（３）写出上述动态方程对应的ｓ域表达式如下：ＵｇＵｉｎｖéëêêùûúú＝１ｓＣ－Ｒｇ－ｓＬｇ－１ｓＣｓＬ＋１ｓＣ－１ｓＣéëêêêêêùûúúúúúＩｉｎｖＩｇéëêêùûúú（４）式中：Ｕｇ为电网电压；Ｕｉｎｖ为逆变桥臂输出的正弦脉宽调制电压；Ｌｓ１为滤波电感；Ｃ为滤波电容；Ｌｇ和Ｒｇ分别为电网的等效电感和电阻；Ｉｇ为电网电流㊂２㊀弱电网下单相光伏并网逆变器控制光伏逆变器的并网控制包括升压电路控制和逆变电路控制，主要研究后级并网逆变器的控制㊂本文采用基于瞬时无功功率理论的ｉｐ－ｉｑ电流检测算法对电路中的瞬时电压和瞬时电流进行控制，进而实现对光伏并网逆变器谐波和无功补偿的检测㊂其中，直流侧稳压采取电压外环和无差拍的电流内环双闭环控制，ＰＣＣ点稳压采取电压幅值反馈控制［１３］㊂２ １㊀直流侧稳压控制图２所示为单相光伏并网逆变器控制框图㊂ＶＳＣ的控制策略为直流电压外环㊁交流电流内环控制，并在控制环中引入电网电压前馈㊂对光伏逆变器直流侧电压Ｕｄｃ进行调节可以减少直流侧电压的波动，保证并网逆变器更有效的控制［１４］㊂将直流侧电压实时值Ｕｄｃ与设定电压Ｕ∗ｄｃ比较，其误差通过ＰＩ控制，结果乘以与电网电压同步的正弦信号，作为逆变器输出电流指令信号Ｉ∗ｉｎｖ，㊀２０２１年图２㊀单相光伏并网逆变器控制框图实时检测逆变器输出电流Ｉｉｎｖ，与Ｉ∗ｉｎｖ比较，误差经ＰＩ控制，其结果与电网电压Ｕｇ的前馈信号求和，再由ＰＷＭ发生器变成驱动逆变器工作的开关信号㊂电流环采用无差拍控制技术，开关频率固定，动态响应快，能在下一个控制周期内消除目标误差，抑制谐波环流，实现稳态无静差效果㊂２ ２㊀ＰＣＣ点稳压控制ＰＣＣ点的稳压采取电压幅值反馈控制，即通过补偿无功功率来实现㊂其控制框图如图３所示㊂图３㊀ＰＣＣ点的稳压控制框图图３中，Ｕｍ为电路电压的幅值；Ｕ∗ｍ为电压幅值的给定值，两者的差值经ＰＩ控制得到调节信号ΔＩ∗ｍ㊂补偿电流由瞬时无功电流的直流分量减去ΔＩ∗ｍ及逆变器输送至网侧的实际电流Ｉｃ得到，通过ＰＷＭ控制电路将需补偿的电流注入电网，实现光伏逆变器直流侧与交流侧的能量交换，将ＰＣＣ点电压调节至稳定值，即：Ｉ∗Ｌｑ＝ＩＬｑ－ΔＩ∗ｍ（５）无功电流分量ΔＩ∗ｍ可表示为㊀㊀ΔＩ∗ｍ（ｋ）＝ΔＩ∗ｍ（ｋ－１）＋Ｋｐｑ（Ｕｔｅ（ｋ）－Ｕｔｅ（ｋ－１））＋Ｋｉｑʏ（Ｕｔｅ（ｋ）－Ｕｔｅ（ｋ－１））ｄｔ（６）Ｕｔｅ（ｋ）＝Ｕ∗ｍ（ｋ）－Ｕｍ（ｋ）（７）式中：Ｕｔｅ（ｋ）为Ｕ∗ｍ和Ｕｍ第ｋ次样本两者之差；Ｋｐｑ和Ｋｉｑ为ＰＩ调节器的比例和积分增益㊂３㊀仿真分析根据系统控制框图，在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ平台上搭建仿真模型，并进行分析㊂系统控制参数见表１㊂表１㊀系统参数参数数值电网电压／Ｖ２２０系统频率／Ｈｚ５０开关频率／ｋＨｚ１０直流侧电压／Ｖ５００直流侧电容／μＦ３０００滤波电感Ｌ１／ｍＨ０ １１滤波电感Ｌ２／ｍＨ０ ０２２滤波电容／μＦ１３７ＰＷＭ控制参数Ｋｐ／Ｋｉ０ ５／０ １３ １㊀直流侧稳压分析针对电网阻抗不断变化的情形，采用ＰＩ控制进行仿真分析㊂阻抗值为０ １ｍＨ时，采用ＰＩ控制下的逆变器输出实际电流和参考电流的仿真波形如图４所示，其中，蓝色为并网电流，红色为参考电流㊂图５为阻抗值为０ １ｍＨ时，并网电压和并网电流的波形图，红色代表并网电压Ｕｉｎｖ，蓝色代表并网电流Ｉｉｎｖ㊂阻抗值为０ ２ｍＨ时，并网电压和电流的波形图如图６所示，由于阻抗值的变化，并网电压和并网电流发生变化，因此纵坐标取值范围与图５有所差别㊂图４㊀逆变器输出实际电流和参考电流波形图图５㊀阻抗值为０ １ｍＨ时并网电压和电流的波形图图６㊀阻抗值为０ ２ｍＨ时并网电压和电流的波形图２０２１年周识远：弱电网下光伏并网逆变器电能质量控制策略研究由图５㊁图６中可知，在电网阻抗增加时，并网电流始终能较好的跟随并网电压，功率因数较高，验证了所提控制策略的正确性和有效性㊂３ ２㊀无功补偿分析图７所示为ＰＣＣ点未加电压幅值反馈控制下的无功波形图，图８所示为ＰＣＣ点加入电压幅值反馈控制的无功补偿波形图，其中，蓝色曲线为有功功率，红色曲线为无功功率㊂图７㊀ＰＣＣ点未加电压幅值反馈控制下的无功波形图图８㊀ＰＣＣ点加入电压幅值反馈控制下的无功波形图由图７中可知，在没有加入无功补偿装置时系统的无功功率随着负荷的变化，波动变化比较大，系统功率因数为０ ８１㊂另外，由图８中可大致看出无功功率的平均有效值大致在０ ５ｓ，此时有功功率Ｐ＝１ ６ˑ１０６Ｗ，无功功率Ｑ＝０ ９ˑ１０６ｖａｒ，计算得此时的功率因数为０ ８７㊂因此，为了减小无功功率随着负荷变化而波动较大的现象，应该在线路中添加无功补偿来减小系统无功功率的变化，提高功率因数，从而稳定ＰＣＣ点电压㊂４㊀结束语本文提出一种基于瞬时无功理论的光伏并网逆变器电压控制策略，通过检测瞬时电压与瞬时电流，将电压外环与电流内环相结合，采用双闭环控制实现直流侧电压稳定，有效抑制了弱电网下接入较大电网阻抗而导致的谐波环流㊂此外，利用电压幅值反馈控制补偿ＰＣＣ点无功功率，使得ＰＣＣ点电压基本维持稳定㊂仿真结果表明：本文所采用控制策略可有效改善电网电能质量㊂参考文献：［１］㊀吴㊀薇，赵书健，段双明，等 光伏逆变器接入弱电网运行的稳定性问题分析［Ｊ］．东北电力大学学报，２０１８，３８（１）：８－１４．［２］㊀Ｄ．Ｐ．Ｋｏｔｈａｒｉ，Ｋ．Ｃ．Ｓｉｎｇａｌ，Ｒ．Ｒａｎｊａｎ．ＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＳｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｍｅｒｇｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ［Ｍ］．ＳｅｎｃｏｎｄＥｄｉｔｉｏｎ，ＰＨＩＬｅａｒｎｉｎｇＰｒｉｖａｔｅＬｉｍｉｔｅｄ．２０１２：１９６－１９７．［３］㊀ＣｏｂｒｅｃｅｓＳ，ＢｕｅｎｏＥ，ＲｏｄｒｉｇｕｅｚＦＪ，ｅｔａｌ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆａｎｉｎｄｕｃｔｉｖｅ⁃ｒｅｓｉｓｔｉｖｅｗｅａｋｇｒｉｄｏｖｅｒＬａｎｄＬＣＬｆｉｌｔｅｒｃｕｒｒｅｎｔｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ［Ｃ］／／ＥｕｒｏｐｅａｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．２００７：１－１０．［４］㊀赫亚庆，王维庆，王海云，等 光伏逆变器改进控制策略的稳定性研究［Ｊ］．电网与清洁能源，２０１８，３４（８）：６０－６６．［５］㊀ＣｈｅｎＸ，ＳｕｎＪ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｉｎｖｅｒｔｅｒ⁃ｇｒｉｄｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｕｓｉｎｇａｈａｒｄｗａｒｅ⁃ｉｎ⁃ｔｈｅ⁃ｌｏｏｐｓｙｓｔｅｍｔｅｓｔ⁃ｂｅｄ［Ｃ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＥＣＣＥ，Ｊｅｊｕ，Ｋｏｒｅａ：ＩＥＥＥ，２０１１：２１８０－２１８７．［６］㊀汤婷婷，张㊀兴，谢㊀东，等 基于高频注入阻抗检测的孤岛检测研究［Ｊ］．电力电子技术，２０１３，４７（３）：７０－７２．［７］㊀Ｃｏｂｒｅｃｅｓ，Ｓａｎｔｉａｇｏ．Ｂｕｅｎｏ，ＥｍｉｌｉｏＪ．Ｐｉｚａｒｒｏ，Ｄａｎｉｅｌ．Ｒｏ⁃ｄｒｉｇｕｅｚ，ＦｒａｎｃｉｓｃｏＪ．Ｈｕｅｒｔａ，Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ．Ｇｒｉｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，２００９，５８（９）：３１１２－３１２１．［８］㊀鲁㊀力，刘㊀芳，张㊀兴，等 弱电网条件下单相光伏并网逆变器的控制研究［Ｊ］．电力电子技术，２０１２，４６（５）：３６－３８．［９］㊀杨玉琳，刘桂花，王㊀卫 弱电网下基于锁频环的单相光伏并网逆变器同步技术研究［Ｃ］．２０１４台达电力电子新技术研讨会论文集，２０１４：１０１－１０６．［１０］㊀张站彬，翟红霞，徐华博，等 光伏电站多逆变器并网系统输出谐波研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１６，２８（１４）：１４２－１４６．［１１］㊀王正仕，陈辉明 具有无功和谐波补偿功能的并网逆变器设计［Ｊ］．电力系统自动化，２００７，３１（１３）：６７－７１．［１２］㊀夏向阳，唐㊀伟，冉成科，等 基于ＤＳＰ控制的单相光伏并网逆变器设计［Ｊ］．电力科学与技术学报，２０１１，２６（３）：１１４－１２１．［１３］㊀张贵涛，龚㊀芬，王丽晔，等 光伏并网逆变器电能质量控制策略［Ｊ］．电力科学与技术学报，２０１７，３２（２）：５０－５６．［１４］㊀杨朝晖 并联型有源滤波器自流侧电压控制［Ｄ］．济南：山东大学，２００８．作者简介：周识远（１９８４），男，硕士，高级工程师，从事新能源发电技术工作㊂（收稿日期㊀２０２０－１０－２０）。
基于 MATLAB-Simulink平台的分布式光伏并网发电系统仿真研究摘要电力供应一直是我国经济建设发展的重要支撑点，近些年来，我国发电产业一直是以火力发电为主，其他清洁能源发电为辅的格局。
随着我国“双碳”政策的提出和实行，碳排放量被逐步限制，使用清洁能源代替化石能源已经变得刻不容缓，而在众多清洁能源中，太阳能是最佳选项之一。
使用太阳能转化为电能并入电网中以减少化石能源的使用，会在一定程度上减少我们的碳排放量。
但在将太阳能转化为电能并入电网时，还会有影响电能质量等其它问题。
本文中，首先介绍了分布式光伏并网的概念，其次使用MATLAB-Simulink平台来构建分布式光伏并网系统仿真，通过实验分析比较了分布式光伏并网对电网中电能质量的影响以及配电网的影响，最后进一步展望了分布式光伏并网的未来发展。
关键词：分布式光伏系统；光伏并网；光伏发电系统仿真；MATLAB；引言随着我国居民经济水平的提高，用电量也在大幅增长，同时电力用户对用电量和电能质量也提出了更高的要求。
传统火力发电由于碳排放量过高，在当前我国提出“碳达峰”，“碳中和”的形势下，使用其他清洁能源发电代替火力发电已经成为共识。
相比较于风能，水能和核能发电，分布式光伏发电可以通过与建筑物共同形成光伏发电系统，可以提供较为稳定的供电，而水能发电则有着秋冬水位下降，供电能力不足的情况。
光伏产业在全世界首先欧美国家由于起步较早，发展水平较快，已经形成了比较完备的产业链，其次日本的光伏发电技术也是遥遥领先，在2005年起，日本的太阳能电池产量大约是全世界产量的一半。
在我国的光伏产业虽然较世界其他发达国家起步较晚，但在2000年前后由于政策帮扶，迅速发展，在经历了几十年的发展后产业链已经是日趋成熟。
在当前全球节能减排的大环境下，越来越多的学者开始研究光伏并网发电。
长春工程学院的薛广业从多个角度研究了光伏并网对配电网和电能质量的影响，通过PSCAD软件建立配电网模型观察配电网变量输出图得到光伏发电系统接入电网后对配电网的影响，通过改进PSO算法优化光伏并网后电能质量降低的情况。
计算机辅助工程设计课程设计与报告题目：基于SIMULINK的并网逆变器的仿真研究基于SIMULINK的并网逆变器的仿真研究第一章绪论1.1课题背景及研究意义当今社会，资源、环境和能源问题仍困扰着世界的发展。
对此，各国对开发利用新型能源、使用清洁能源的需求日益迫切，尤其是中国，地广人多，是能源消耗大国。
目前，国内更多的依靠火电、水电和核聚变发电来供电。
然而火电生产排放大量的硫化物、粉尘等严重污染空气，影响气候变迁，其来源化石能源也将消耗殆尽；水电建设成本高，资源有限，还会给江河系统造成不可逆的破坏；核电在安全方面有缺陷，一旦核泄漏，将给环境造成毁灭性的破坏，日本福岛核泄漏事故就是一个活生生的例子。
因此，人类不得不寻求更加清洁、安全的替代能源。
进入21世纪后，各国政府都在大力鼓励研究清洁可再生能源，太阳能、风能、地热能、潮汐能等环境能量开发技术获得快速发展，其中尤以风能和太阳能应用最多。
由于我国资源分布不均衡，有些地方如内蒙古、沿海，有的地方太阳能蕴藏量大，如西藏，但这些地方发出的电当地并不能完全消纳，而其他一些地区则因负荷过重而缺电，因此将电资源丰富的地方发出的电并入电网是明智之举。
然而，分布型电能并入电网需要做到与电网同频同相同幅值，目前并网技术成为了新能源发电的瓶颈技术。
因此，本文通过从并网逆变器的设计着手研究新能源并网技术，具有一定实际意义。
1.2 并网标准新能源发电并入电网的电能必须满足以下3个条件[5]：（1）电压幅值：纹波幅值≤10%。
（2）频率：频差≤0.3Hz[1]。
（3）相位相同，相序相同，且相位差≤20°。
表1-1 并网标准化指标表1-2 电压谐波技术指标1.3 本文研究的内容本文主要研究并网逆变器的设计方法及其控制策略的实现方法。
为获得与电网同频同相等幅、单位功率因数、低畸变率的并网电压电流，本文通过SPWM 双闭环控制。
本文的主要研究工作归纳如下：（1）分别建立新能源发电并网系统的数学模型，并在Simulink上进行仿真验证。
（2）探讨控制策略，详细地研究双闭环控制的设计方法。
（3）计算、设置逆变器主电路及控制电路各器件的参数值，在Simulink上进行仿真调试，使得仿真结果符合设计的指标，分析仿真结果。
第二章并网逆变器的建模与仿真2.1 逆变器的拓扑结构简介与比较新能源发电输出的既有交流电也有直流电，如风能，发电机输出的是交流电，通常要先进行整流，再通过逆变器并网；而太阳能，发电输出的是直流电，则可直接逆变并网。
逆变器常见的拓扑结构有双PWM逆变型、不可控整流+SPWM逆变型、不可控整流+Z源逆变拓扑结构。
本文以风力发电并网逆变器为例对并网逆变器的拓扑结构作简要介绍与比较。
2.1.1 双PWM型拓扑结构双PWM型逆变器电路图如图2-1所示，风电机输出的交流电通过AC-DC-AC 变换器并入电网，其中整流环节和逆变环节均使用PWM全控型三相电桥。
此种电路有一定优点：通用性较强，机侧和网侧的控制电路、控制算法相似，能灵活控制风电并网，且并网电能质量较好，因此，目前该拓扑结构比较主流。
但该拓扑结构也有其固有缺点：首先，太多的电力电子器件导致系统谐波难以控制；其次，PWM整流器使用全控型三相电桥，增加了系统成本，虽然系统稳定性提高了，但是高昂的成本使得其性价比还不如不可控整流+SPWM逆变拓扑结构。
图2-1 双PWM型拓扑结构2.2.2 不可控整流+SPWM逆变型拓扑结构不可控整流+SPWM逆变型拓扑结构如图2-2所示，整流桥的开关器件是二极管，逆变桥的开关器件是全控型电力电子器件[2]。
该拓扑结构的显著优点是成本低，控制简单。
当然也有其缺点，即机侧功率因数可能不为1。
图2-2不可控整流+SPWM逆变型拓扑结构2.2.3 不可控整流+Z源逆变拓扑结构Z源逆变器电路图如图2-3所示，Z源逆变器的主电路有电流源型和电压源型，负载有感性负载和容性负载，上下桥臂允许直通，这不同于传统电桥[3]。
由此可见Z源逆变器控制更加灵活，更能适应风电的随机性，增强系统的稳定性。
但是该拓扑结构控制复杂，目前还处于研发阶段，应用较少。
图2-3 不可控整流+Z源逆变拓扑结构综合上述三种拓扑结构的比较，考虑到性价比，本文采用不可控整流+SPWM 逆变型拓扑结构。
2.3 逆变器的建模与解耦分析2.3.1 三相电压全控型逆变器的工作原理三相电压全控型逆变器的结构如图2-4所示，直流侧电压用一个直流电压源U表示。
直流侧电容起稳定代表发电机输出电能整流之后的直流电压水平，用dc直流电压和滤波的作用，网侧是无中性线的连接方式，LR组成滤波器。
为简化逆变器数学模型的推导，现做以下合理假设[5]：（1）电网电压是稳定的纯正弦波电压，分别设为a E、b E、c E。
（2）电路参数是三相对称的。
（3）交流侧滤波电感L为线性电感，无饱和。
（4）主电路上的开关器件都是理想开关，没有损耗。
图2-4 三相电压全控型逆变器的结构图任一时刻，三相桥的每对桥臂都只有一个开关导通，一个开关关断。
现以a 相为例，说明该逆变器的工作原理：当1V 导通，2V 关断时，2a dc U U =；当1V 关断，2V 导通时，2a dc U U =。
同理可根据3V -6V 的导通关断情况得出各个时刻b U 、c U 的电压值。
易知每一相输出电压都有正负电平两个状态，且正负电平出现的时间各占半个电平周期[10]。
通过SPWM 对1V -6V 六个IGBT 进行合理控制就能输出与电网电压、频率、相位、相序相符合的电能，实现安全并网。
2.3.2 逆变器的数学模型本文的目的是设计风电并网逆变器，为此，首先要给逆变器建立数学模型，并将数学模型转化为便于在Simulink 上进行仿真的形式，然后搭建仿真模型，调试好参数，完成仿真。
风电并网逆变器的特点是多维度，强耦合，为了降低控制难度，增加控制的可靠性，就需要进行解耦。
因此，须进行3/2s r 和2/2r s 坐标变换，在dq 坐标系下建立数学模型，实现有功和无功的解耦控制[6]。
基于前述假设，由逆变器的开关工作原理，并利用KCL 和KVL ，便可建立逆变器的数学模型。
通常可采用开关函数或通过占空比描述三相电桥建立逆变器数学模型。
鉴于开关函数描述三相电桥比较精确、直观，易于理解，且方便仿真，本文采用开关函数法。
1. abc 坐标系下的数学模型每对桥臂都只有两种状态，同一时刻，一对桥臂上一个开关导通另一个开关则关断，因此，三相全桥逆变器一共有8种开关状态。
可对逆变器开关函数n S 做如下定义：10n S ⎧=⎨⎩上桥臂导通，下桥臂关断（n=a,b,c ）上桥臂关断，下桥臂导通 (1)如表2-1所示，逆变器的8种开关状态下逆变器输出电压与直流侧电压dc U 的关系，表中a U 、b U 、c U 是逆变器输出的相电压，ab U 、bc U 、ca U 是线电压。
表2-1 逆变器8种开关状态下交流侧输出电压与直流侧电压的关系由表2-1可以归纳出用a S 、b S 、c S 表示逆变器交流侧输出的相电压与线电压的方程式，即：2111213112a a dc b b c c U S U U S U S --⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪=⨯-- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪--⎝⎭⎝⎭⎝⎭(2)110011101ab a bc dc b ca c U S U U S U S -⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪=⨯- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪-⎝⎭⎝⎭⎝⎭(3)由KCL 导出逆变器各相回路电压方程：a aa ab b b bc cc c di U E Ri L dtdi U E Ri L dt di U E Ri L dt ⎧=++⎪⎪⎪=++⎨⎪⎪=++⎪⎩(4)其中，cos()2cos()32cos()3a m b m c m E E t E E t E E t ωπωπω⎧⎪=⎪⎪=-⎨⎪⎪=+⎪⎩(5)式中，m E ——电网相电压的幅值；ω—— 电网基波角频率。
化简（3.4）式可得逆变器交流侧三相静止坐标系下的数学模型：10010010011010010010001001001aa a ab b b bc c c c di dt U i E di R U i E dt L L L U i E di dt ⎛⎫ ⎪⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪=-- ⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭ ⎪ ⎪⎝⎭(6)观察（6）式可知，abc 坐标系下的逆变器模型中各相电路参数之间彼此独立，所以该逆变器是一个线性解耦系统，可通过调节输出电压改变交流侧电流从而控制逆变器。
但逆变器模型中仍包含随时间变换的交流量，具有多变量、强耦合的特点，非常不方便设计控制系统。
因此需要进行坐标变换，把三相静止坐标系下的逆变器模型转化到两相同步旋转坐标系中，把模型中的交流量变换成直流量，达到解耦控制有功功率与无功功率的目的，使功率因数接近1。
2. αβ坐标系下的数学模型可以根据两种原则进行坐标变换，其一是根据“等量”原则，变换前后通用矢量相等，变换矩阵前的系数为2/3；其二是根据“等功率”原则，变换前后功率相。
本文采用“等功率”原则进行坐标变换。
取a 相绕组的轴线与α轴重合，β轴超前α轴90°，则坐标变换前后两坐标系上的模型参数有如下对应关系[7]：111220a b c U UU U U αβ⎫⎛⎫⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝--⎛⎫= ⎪⎭⎝ (7)11122220a b c i i ii i αβ⎫⎛⎫⎪ ⎪⎪ ⎪⎝⎭⎝--⎛⎫= ⎪⎭⎭⎝- (8)1212210a b c U U U U U αβ⎛⎫-= ⎪⎝⎭--⎛⎫⎪⎛⎫⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪⎝⎭ ⎝⎭ (9)1221210a b c i i i i i αβ⎛⎫-= ⎪⎝⎭-⎛⎫⎪⎛⎫⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪⎝⎭ ⎝(10)用αβ坐标系中的变量代换abc 坐标系下所得模型中的变量，整理得αβ坐标系下的逆变器数学模型：10101di U E i R dt di U E i L L dt ααααββββ⎛⎫ ⎪-⎛⎫⎛⎫-⎛⎫ ⎪=- ⎪ ⎪ ⎪-- ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ ⎪⎝⎭ (11)分析（11）式可知，虽然在αβ坐标系下的逆变器模型已经解耦合，但是模型中仍有交流量，故仍需进行2/2r s 坐标变换。
3．dq 坐标系下的数学模型在dq 坐标系中，由于坐标分量都是静止的直流量，可按照直流控制系统的设计方法设计逆变器控制系统，变量要少很多，且没有耦合，比在abc 坐标系下直接设计控制系统简单得多。
设零时刻dq 坐标系的d 轴与αβ坐标系的α轴重合，代表有功分量，q 轴超前d 轴90°，代表无功分量。
