毕设学习（一）——三相并网逆变器的simulink仿真

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毕设学习（一）——三相并网逆变器的Simulink仿真

 本系列将记录我的毕设学习过程，同时分享我的学习内容，欢迎大家讨论交流，如有错误还望大佬指正。  

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文章目录

毕设学习（一）——三相并网逆变器的Simulink仿真前言一、三相并网逆变器二、Simulink模型搭建1.逆变电路（逆变器）2.三相电压电流变换ABC-dq0（Park变换、Clark变换）3.锁相环（PLL）4.电流内环5.SPWM6.仿真设置 三、 总结

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前言

  微电网是伴随新能源发电所诞生的，其主要是为了协调配电网和分布式电源之间以及远距离输电等约束条件的矛盾，提高供电可靠性和供电质量的要求，最大化的利用可再生能源的效益。所谓微电网，是由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置等组成的小型低压发配电系统，可独立于大电网单独运行，实现可再生能源的就地消纳。目前，随着大量基于电力电子设备的直流负荷接入以及交流微网建设成本高、需考虑功角稳定问题等缺陷，兼具交流微电网和直流微电网优势的交直流混合微电网已成为当下微电网领域的研究热点。由于混合微电网存在交直流断面，功率潮流在交、直流子网间的流动需要靠储能系统进行电能转换实现，因此储能系统的柔性控制对混合微电网的功率控制起着至关重要的作用。

  并网逆变器是储能系统的关键部分，本篇会以三相并网逆变器的simulink仿真过程为主，分享我的学习过程。simulink仿真内容主要来自b站教程（转载自youtube），我会详细记录这个过程并指出一些需要注意的地方。

一、三相并网逆变器

  准确来讲，储能系统的核心部分为三相变流器。在这个三相变流器中，包含有DC/DC和DC/AC部分，能够实现交流和直流之间能量的相互流动，其中三相并网逆变器是核心部分。目前的分布式电源（即新能源发电的电源）还是以输出直流电为主，因此想要注入交流电网就必须经过逆变过程。下图为蓄电池储能系统的结构框图。

  其实可以看出，所谓三相并网逆变器基本结构就是传统的三相桥式逆变器，这里会先对三相桥式逆变电路进行说明。
  逆变电路根据直流侧电源性质的不同可分为电压型逆变电路和电流型逆变电路。通常电压型逆变电路采用全控型器件，环流方式为器件换流，在微电网储能系统中基本也采用电压型逆变电路。其拓扑图如下所示

二、Simulink模型搭建

  此部分参考b站视频，详细原理先不做说明，仅对视频仿真进行复现。
  ps.MATLAB版本为2016b

1.逆变电路（逆变器）

  这一本分部分比较简单，直接查找图中的期间器件然后连接即可，其中IGBT/Diode注意方向，可能需要进行一下上下的反转。其中菱形元件为Connection Port，椭圆是In1，在library browser中查找即可。VDC+和VDC-表示输入直流的正负两级，这两个需要把port location设置为left。VR\VY\VB为输出交流电压，port location设置为right。（双击元件进行设置）。搭建完成后全部选中，右键选择Create Subsystem from Selection，封装为一个子系统，命名为Inverter。

  可以拉拽四个角改变封装的大小，方便后续的接线。
  然后完成外围的搭建，查找图中元件进行搭建即可。其中From和Goto的tag可以编辑一下，方便查看和后续的接线。
  Series RLC Branch的电感部分设置如下

  电容部分设置如下

  Three-Phase V-I Measurement设置如下，phase-to-phase为线电压

  Three-Phase Source设置如下，用来模拟电网侧


  DC Voltage Source在查找时要选择黑色的这个，不要选择蓝色圆形的。蓝色器件和黑色器件不能互联。直流电压设置为800V。Demux的output设置为3.

2.三相电压电流变换ABC-dq0（Park变换、Clark变换）

  有关Park变换的原理过程先不做说明，后续会单独写一篇原理部分。
  这一部分需要注意的有：MUX的input需要改为3，Alpha-Beta-Zero to dq0需要改为这样。

  

  90 degrees behind phase A axis是为了将变换过程中的三相交流电改为cos的形式，否则MATLAB默认三相交流为sin的形式。这一部分也包含了clark变换。

3.锁相环（PLL）

  Constant值设为0（使q轴分量为0），pid和integrator设置如下

4.电流内环

  在该仿真中，由于逆变器输出直接与电网相连，输出电压即电网电压，因此是固定的，只需要对输出电流进行控制。

  constant1的数值为想要输出的电流幅值。Q轴输出电流设为0，这样逆变器的输出全部为有功。PID Controller 1设定P=50,I=1000。PID Controller 2设定P=50,I=8000。Gain为2pi50*1000e-6，即2πwL。

5.SPWM

  要通过载波和调制波得到控制逆变器的PWM信号，首先要通过Park反变换将ED和EQ转化为三相参考电压Verf，即调制波。
  SPWM即通过载波和调制波得到一个PWM波，通过该PWM信号控制逆变器就能得到等效于调制波的输出。Simulink搭建如下。

  其中三角波和Gain的设置如下


  Logical Operator设置为NOT。输出的12、34、56为一对，通过Logical Operator使一对输出端口相反，分别给三相逆变器一个桥臂上下两个开关，使一个桥臂的两个开关不同时导通，防止短路。
  最后封装一下，将输入输出端口引出，如下

6.仿真设置

  引出几个口来观察输出结果
  powergui设置如下

  左上角Simulation—>Model Configuration Parameters设置如下

三、 总结

  最后直接run就可以可，在scope中可以看出并网电流与电压同频同向。
  其实在这个仿真中的电流内环和原作者稍有区别，如果是按我上述的搭建完成后可以发现三相电压的Park变换得到VD和VQ是没有在后续的反馈控制中用到的，这两个的引出是变黄色的。

  可以看到作者在这里引入了VD和VQ，一开始我看上去貌似是电压外环，可是仔细推导这个过程，这里的电压并没有构成电压外环，而且在这个模型中的输出电压是不需要控制的，直流侧电压也不需要进行控制。实际上去掉电压的这个环节也对输出没有什么影响，这里我就不太懂作者为什么要这样设计了。
  仿真部分的内容就是这些了，如果有错误还请指正。

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