三相逆變器并網(wǎng)策略及MATLAB仿真研究目錄TOC\o"1-3"\h\u27861三相逆變器并網(wǎng)策略及MATLAB仿真研究 123488第1章緒論 1194141.2Abstract 2215031.3并網(wǎng)逆變器研究目的及意義 3177801.4逆變器控制研究現(xiàn)狀 3229681.5本文主要研究內(nèi)容 34018第2章三相逆變器模型建立 5203242.1逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 5321602.2逆變器的數(shù)學(xué)模型 5134102.3逆變器中主電路參數(shù)設(shè)計 6285242.3.1直流側(cè)電壓值選取 6300292.3.2濾波器參數(shù)設(shè)計 732733第3章并網(wǎng)模式下控制策略研究 920483.1d-q坐標(biāo)變換 9171043.2PQ控制策略 10308913.2.1PI雙閉環(huán)控制 10175143.2.2SPLL鎖相環(huán) 1314113第4章仿真研究 15176644.1整體仿真模型 15283664.2鎖相環(huán)模塊 16106474.3d-q坐標(biāo)變換模塊 16310604.4閉環(huán)控制模塊 17204194.5仿真結(jié)果及分析 1727059第五章總結(jié) 22緒論1.1摘要由于新能源技術(shù)的發(fā)展，并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)已成為一個熱門話題。微電網(wǎng)作為一個獨立的、可控的系統(tǒng)，要求可以在并網(wǎng)和孤島兩種模式下切換運行。在微電網(wǎng)的不同運行模式下，應(yīng)根據(jù)微電源和儲能裝置的作用采用不同的控制策略。本文以三相逆變器為研究對象，研究了其在并網(wǎng)模式下的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)模型和控制方案。首先分析了逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理，建立其在d-q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型；其次設(shè)計了理想的LC濾波器參數(shù)以及三相逆變器容量。然后設(shè)計逆變器并網(wǎng)運行時的PQ控制策略，選擇合適的PI控制器參數(shù)，實現(xiàn)三相逆變器并網(wǎng)。最后在Matlab/simunlink中搭建三相逆變器并網(wǎng)模型，在不同情況下進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果驗證了本文所設(shè)計逆變器控制策略的合理性和有效性。關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；三相逆變器；d-q坐標(biāo)變換；PQ控制1.2AbstractGrid-connectedpowergenerationtechnologyhasbecomeahottopicduetothedevelopmentofnewenergytechnologies.Asanindependentandcontrollablesystem,microgridrequirestobeabletoswitchoperationinbothgrid-connectedandislandingmodes.Underdifferentoperationmodesofmicrogrid,differentcontrolstrategiesshouldbeadoptedaccordingtotherolesofmicropowerandenergystoragedevices.Inthispaper,thetopology,mathematicalmodelandcontrolschemeofthethree-phaseinverteringrid-connectedmodeareinvestigated.Firstly,thetopologyandoperatingprincipleoftheinverterareanalyzed,anditsmathematicalmodelind-qcoordinatesystemisestablished;secondly,theidealLCfilterparametersandthecapacityofthethree-phaseinverteraredesigned.ThenthePQcontrolstrategyforgrid-connectedoperationoftheinverterisdesigned,andtheappropriatePIcontrollerparametersareselectedtorealizethegrid-connectedthree-phaseinverter.Finally,athree-phaseinvertergrid-connectedmodelisbuiltinMatlab/simunlink,andsimulationstudiesareconductedunderdifferentconditions.Thesimulationresultsverifytherationalityandeffectivenessoftheinvertercontrolstrategydesignedinthispaper.Keywords:microgrid;three-phaseinverter;d-qcoordinatetransformation;PQcontrol1.3并網(wǎng)逆變器研究目的及意義目前，世界各國對新能源的利用和研究日益增多，我國現(xiàn)在的研究重點主要放在了新型清潔能源發(fā)電板塊。在所有的新型能源發(fā)電系統(tǒng)中，幾乎都會涉及到能量轉(zhuǎn)換的功率、效率等問題，而逆變器的控制問題就是其中重點的研究內(nèi)容之一。雖然清潔能源能夠產(chǎn)生不同頻率的交流電，但是需要通過三相逆變器進(jìn)行功率變換，使其頻率、相位、電壓幅值和電網(wǎng)保持一致，然后并入電網(wǎng)，因此對三相逆變器的控制策略的研究變得及其重要REF_Ref15062\r\h[1]。并網(wǎng)逆變器目前基本采用SPWM脈寬調(diào)制技術(shù)。這種調(diào)制技術(shù)就是通過打開和關(guān)斷逆變電路的開關(guān)器件，可以獲得一系列具有相同幅度的脈沖REF_Ref10833\r\h[2]。這些脈沖與電網(wǎng)電壓具有相同的頻率和相位。但是SPWM技術(shù)只能實現(xiàn)波形變化的同步，同時會將其他諧波分量送入電網(wǎng)。采用正確有效的控制方法不僅對三相逆變器系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要影響，而且大幅度提高三相逆變器的工作效率，因此并網(wǎng)逆變器的策略研究在當(dāng)下十分具有研究前景和意義。1.4逆變器控制研究現(xiàn)狀并網(wǎng)逆變器技術(shù)的核心部分是逆變器及其控制部分。微電網(wǎng)中逆變器控制策略有恒功率控制（PQ控制）、Vf控制（恒壓恒頻控制）、下垂控制三種方式。其中最常用的就是PQ和Vf控制。PQ恒功率控制主要適用于微電網(wǎng)的并網(wǎng)模式，當(dāng)一個微電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定地運行時，系統(tǒng)的工作電壓和頻率由一個較大的電網(wǎng)提供，PQ控制器只需要根據(jù)電網(wǎng)側(cè)的需求保持有功功率和無功功率恒定即可。Vf控制則是用于微電網(wǎng)孤島運行模式，此時微電網(wǎng)系統(tǒng)失去大電網(wǎng)支撐，需要Vf控制提供能夠維持系統(tǒng)正常運行的電壓和頻率。下垂控制的實質(zhì)就是檢測逆變器的有功無功功率的大小，然后進(jìn)行功率控制，通過下垂特性來計算電壓和頻率的參考值，從而達(dá)到合理控制功率分配的目的。1.5本文主要研究內(nèi)容本設(shè)計中主要研究PQ控制策略在微電網(wǎng)并網(wǎng)模式下的作用。在微電網(wǎng)并網(wǎng)模式下，三相逆變器作為其中重要的環(huán)節(jié)起到了很大的作用。本設(shè)計主要利用MATLAB搭建微電網(wǎng)并網(wǎng)模式下三相逆變器的模型，并進(jìn)行仿真與分析。通過此模型能夠?qū)⒅绷鱾?cè)產(chǎn)生的電壓電流轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)側(cè)要求的電壓電流頻率，以便能夠順利并網(wǎng)，并且在微電網(wǎng)失去發(fā)電能力的時侯，大電網(wǎng)也能夠?qū)ξ㈦娋W(wǎng)進(jìn)行電壓頻率支撐。主要工作為：首先需要了解三相逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)模式以及工作原理。然后設(shè)計三相逆變器的容量以及合適的逆變器主電路參數(shù)。其次在研究并網(wǎng)模式下逆變器的PQ控制策略時，需要設(shè)計鎖相環(huán)、d-q坐標(biāo)變換模型得到參考變量，選擇功率外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制，設(shè)計PI控制器的參數(shù)。最后對模型進(jìn)行仿真研究，分析模型各個模塊的仿真圖，驗證控制策略的正確性，得出最后的結(jié)論。第2章三相逆變器模型建立2.1逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并網(wǎng)逆變器具有很多種類，各種類型的逆變器適用于多個不同的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)輸入測有無能源可分為有源逆變器和無源逆變器；根據(jù)逆變器的直流側(cè)輸入方式，可分為電壓型逆變器電路和電流型逆變器電路；按供電相數(shù)可分為單相、三相和多相逆變器。目前，微電網(wǎng)系統(tǒng)中最常用的逆變器分為兩種：單相逆變器和三相逆變器；電壓型逆變器和電流型逆變器REF_Ref17080\r\h[3]。理想的逆變器需要滿足輸出前后功率穩(wěn)定，逆變器兩側(cè)交直流電壓電流均無波動等要求。三相逆變器直流側(cè)輸入源用等效直流電壓替代，為了有效保證逆變器直流側(cè)輸出電壓的恒定，并且能夠和負(fù)載之間進(jìn)行無功功率的交換，因此一般選擇電壓型逆變器。另外本設(shè)計最終需要將交流側(cè)電壓合理地并入電網(wǎng)中，由于電網(wǎng)是三相交流電，故逆變器的類型一般選用三相電壓型逆變器。由圖2-1所示為三相電壓型逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖REF_Ref21718\r\h[4]。圖2-1電壓型并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上圖中左側(cè)Vdc為直流側(cè)等效電壓，三相逆變器由六個上下相互導(dǎo)通的IGBT管組成，逆變器輸出正弦波電壓通過濾波電容電感產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)三相交流電,并接入電網(wǎng)。（圖中L為濾波電感，C為濾波電容，R為阻尼負(fù)載）2.2逆變器的數(shù)學(xué)模型本設(shè)計中三相電壓型逆變器采用SPWM調(diào)制方式，根據(jù)基爾霍夫電壓定律（KVL）和基爾霍夫電流定律（KCl），建立了三相逆變器的數(shù)學(xué)模型。利用KVL和KCL建立三相電壓型逆變器數(shù)學(xué)模型，用SPWM調(diào)制方式控制IGBT的開關(guān)時間。SPWM的開關(guān)頻率必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于三相逆變器的輸出頻率，這種情況下SPWM就可以比作為一階比例環(huán)節(jié)或一階比例延時環(huán)節(jié)。圖2-1中a、b、c三點電壓分別為Ua、Ub、Uc，他們是相對于中性點的三相電壓，逆變器輸出電流為ia、ib、ic，交流側(cè)流向模擬負(fù)載的電流分別為i0a、i0b、i0c，負(fù)載電壓為U0a、U0b、U0c可以列出下列方程：（2-1）公式(2-1)可以改為矩陣來表示靜止?fàn)顟B(tài)下三相逆變器的數(shù)學(xué)模型REF_Ref11747\r\h[5]：（2-2）2.3逆變器中主電路參數(shù)設(shè)計2.3.1直流側(cè)電壓值選取直流電源作為三相逆變器的輸入電源在選取時有一定的要求，由于三相逆變器采用SPWM調(diào)制方式，逆變器輸出相電壓的有效值取決于SPWM調(diào)制方式，即與SPWM的調(diào)制度有關(guān)。又因為輸出的三相電壓最后需要并入電網(wǎng)中，所以設(shè)置逆變器輸出的線電壓值為380V。根據(jù)公式求得：（2-3）（2-4）式中Ud為直流側(cè)電壓值，Uphl為輸出側(cè)相電壓有效值，ULL1為輸出側(cè)線電壓值。m為SPWM調(diào)制度，。逆變器的輸入電壓范圍為400至850V。在本設(shè)計中，直流側(cè)選擇的輸入電壓為800V，交流測輸出電壓380V，求得調(diào)制度m值=0.776，滿足要求。2.3.2濾波器參數(shù)設(shè)計三相逆變器可以通過高頻脈沖寬度調(diào)制法得到等效正弦波形，但是其中會含有大量的諧波分量，因此需要通過濾波器抑制其中的諧波分量然后在接入負(fù)載或者電網(wǎng)。常用的濾波器有三種類型：L型、LC型、LCL型，普通的L型濾波器雖然具有濾波作用，但是缺點很明顯，它對高頻率諧波的抑制能力不是很強；LCL型濾波器雖然抑制能力比較強，由于引入了d-q坐標(biāo)變換，后期需要解耦且控制難度較大，故本設(shè)計選用了LC型濾波器。下圖所示為LC濾波器的簡化圖：圖2-2LC濾波器簡化圖在選取濾波器參數(shù)方面，其諧振頻率應(yīng)該滿足：（2-5）式中，f1為電網(wǎng)頻率，fc=1/為濾波器截止頻率，fs為SPWM載波頻率REF_Ref11927\r\h[7]。在選擇LC濾波器的參數(shù)時，要滿足的原則：SPWM的載波頻率要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于逆變器的輸出頻率，一般情況下，fc應(yīng)該是PWM載波頻率的1/10到1/5。本設(shè)計中SPWM的載波頻率設(shè)置為20kHz，LC濾波器的傳遞函數(shù)為：（2-6）式中，，為自然角頻率； ，為阻尼比。fc選取載波頻率的1/10，即2kHz。除了要考慮諧波頻率滿足要求，三相逆變器的容量也決定著濾波器的參數(shù)，根據(jù)要求本設(shè)計中三相逆變器的容量選取50KVA，逆變器交流側(cè)的輸出電流為：（2-7）由逆變器輸出電壓、電感電壓、電感電流和負(fù)載電流可以得到：（2-8）式中UL為電感電壓、U0為逆變器輸出電壓、Ui為逆變器輸出電壓基波分量，通常對于SPWM調(diào)制方式有：（2-9）將（2-8）、（2-9）兩式合并計算，可以得到：（2-10）其中Udc=800V，U0=220V，IL一般不會超過逆變器輸出側(cè)電流值，另外濾波電容的取值會影響到逆變器的功率因數(shù)，因而濾波電容不應(yīng)過大，其需要滿足6πf1CU025%SN，其中SN代表逆變器容量，可以求得濾波電容C54μF。

根據(jù)以上公式綜合計算，最終選取濾波器的參數(shù)，L=1.4mH，C=20μF，R=0.01ΩREF_Ref14317\r\h[7]。（R為阻尼電阻，目的是為了抑制系統(tǒng)振蕩，選取的特別?。?第3章并網(wǎng)模式下控制策略研究3.1d-q坐標(biāo)變換由于三相逆變器輸出的電壓電流為交流量，在對逆變器進(jìn)行控制的過程中需要將交流量轉(zhuǎn)化為直流量，以便于能夠減小控制難度繼而簡化問題求解。為了簡化控制模型減小控制難度，在這里引入了坐標(biāo)變換。常用的坐標(biāo)變換有αβ變換、d-q變換，根據(jù)需求進(jìn)行具體的坐標(biāo)變換。本設(shè)計采用αβ變換、d-q變換兩種坐標(biāo)變換方法，利用Park變換將三相交流變量轉(zhuǎn)換為兩相直流變量，以便于接下來控制系統(tǒng)（其中選取旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸的角速度作為三相電網(wǎng)電壓的頻率）REF_Ref11450\r\h[8]。下圖所示為d-q坐標(biāo)變換原理圖：圖3-1d-q坐標(biāo)變換圖并網(wǎng)逆變器輸出側(cè)三相基波電壓為u0，則三相電壓為：（3-1）式3-1中ua、ub、uc為三相電壓，u0為相電壓幅值。定義靜止坐標(biāo)軸abc到dq坐標(biāo)軸的變換，其公式為：（3-2）由上式可得：（3-3）由上式（3-2）、（3-3）可知，在進(jìn)行Park變換之前三相電壓耦合，逆變器輸出側(cè)的三相交流電從abc坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到d-q坐標(biāo)系后，電壓從三相電壓變?yōu)閐軸和q軸電壓分量，d軸和q軸的電壓分量可以控制系統(tǒng)的有功功率和無功功率。Park變換過程中，當(dāng)d軸與電壓矢量方向相同時，q軸電壓分量為0，此時無功功率為0REF_Ref22567\r\h[9]。3.2PQ控制策略3.2.1PI雙閉環(huán)控制控制方法在系統(tǒng)的運行中起著重要的作用。微電網(wǎng)需要接受三相逆變器的指令才能進(jìn)行接下來的工作，逆變器的動作取決于相應(yīng)的控制策略REF_Ref13968\r\h[19]。每種控制策略都有自己的特點，本設(shè)計采用了三相逆變器PQ控制策略，因此只需要關(guān)注逆變器輸出側(cè)功率變化即可。PQ控制主要由SPLL鎖相環(huán)、功率外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)模塊組成REF_Ref13648\r\h[11]。在微電網(wǎng)并網(wǎng)過程中，分布式電源相當(dāng)于一個恒定的功率輸出源。由于直流側(cè)分布式電源在本設(shè)計中由等效電源代替，所以當(dāng)分布式電源輸入功率一定時，我們在用相同的輸入功率源代替分布式電源的作用。PQ控制策略采用雙閉環(huán)PI控制來實現(xiàn)控制。外環(huán)功率環(huán)控制的作用是實時監(jiān)測系統(tǒng)的輸出功率并做出調(diào)整，而內(nèi)環(huán)電流環(huán)控制可以增加控制系統(tǒng)的帶寬，提高系統(tǒng)的瞬態(tài)反應(yīng)速度。系統(tǒng)適應(yīng)性增強，降低了諧波電壓的影響，提高了輸出波形的穩(wěn)定性和供電質(zhì)量REF_Ref12205\r\h[9]。PQ控制策略結(jié)構(gòu)如圖3-2所示：圖3-2PQ控制策略圖PQ控制策略思想如下：三相逆變器輸出電壓經(jīng)過鎖相環(huán)模塊產(chǎn)生坐標(biāo)變換需要的參考頻率ω，然后三相逆變器輸出的電壓U和電流i經(jīng)過坐標(biāo)變換模塊分解成d軸、q軸的電壓Ud、Uq和電流id、iq。輸入額定功率與逆變器交流測輸出功率通過功率外環(huán)控制模塊比較產(chǎn)生電流內(nèi)環(huán)模塊參考電壓idref、iqref。參考電流和Park變換分解的電流進(jìn)行比較產(chǎn)生dq坐標(biāo)軸下參考電壓Udref、Uqref，在經(jīng)過Park反變化產(chǎn)生SPWM調(diào)制信號，進(jìn)而控制三相逆變器的輸出值。1）PQ控制功率外環(huán)框圖如圖3-3所示：圖3-3功率外環(huán)框圖圖中輸入額定功率Pref、Qref和三相逆變器輸出側(cè)輸出功率進(jìn)行比較做差，然后通過PI控制器得到電流環(huán)的電流參考值。逆變器運行過程中，要實現(xiàn)對逆變器的輸出功率的控制，其功率計算方法為：（3-4）當(dāng)Uq=0時，逆變器無功功率為0，功率因數(shù)保持一定。公式化簡為：（3-5）2）PQ控制電流內(nèi)環(huán)在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，逆變器交、直流軸的輸出電壓相互耦合，無法實現(xiàn)ud、uq的獨立控制，需要解耦。本設(shè)計介紹了一種PI控制器。通過在系統(tǒng)輸入前加入前饋項，利用前饋項消除系統(tǒng)中的耦合，實現(xiàn)了系統(tǒng)變量的獨立控制。PI控制方程如下：（3-6）通過公式（3-6）可以得到電流內(nèi)環(huán)解耦圖，如圖3-4所示。圖3-4電流內(nèi)環(huán)解耦框圖并網(wǎng)逆變器的控制一般以最大功率因數(shù)為基礎(chǔ)，在實際應(yīng)用中，無功功率應(yīng)為零。由于無功功率由交軸電流iq控制，因此交軸電流參考值iq_ref應(yīng)為零。d軸電流的參考值由外部功率回路給出REF_Ref12045\r\h[8]。除了設(shè)計電流內(nèi)環(huán)解耦框圖，還需要設(shè)定電流環(huán)PI參數(shù)，采用PI控制器可以加快系統(tǒng)響應(yīng)，同時可以加快系統(tǒng)的無靜差跟蹤速度。下圖3-7所示為電流環(huán)控制傳遞框圖REF_Ref14157\n\h[12]：圖3-7電流內(nèi)環(huán)控制框圖上圖中PI控制器傳遞函數(shù)為：(3-7)其中，=Kip/Kii=L/R.系統(tǒng)被控對象的開環(huán)傳遞函數(shù)為：

（3-8）式中Kpwm=Udc/√3為比例系數(shù)，Tpwm為逆變器延遲環(huán)節(jié)時間常數(shù)。系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：（3-9）為了實現(xiàn)跟蹤給定量的要求，根據(jù)典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)置，取阻尼比 則有：

（3-10）式中R，L為濾波器中電阻電感參數(shù)，Ts為電流環(huán)采樣周期，即開關(guān)周期REF_Ref24850\r\h[21]。綜上計算選取電流環(huán)參數(shù)，Kii=1；Kip=7.5。功率環(huán)作為外環(huán)，不僅要輸出參考電流信號，還需要有較快的功率跟隨性。功率外環(huán)的調(diào)節(jié)器與電流內(nèi)環(huán)一樣，均采用PI控制規(guī)律REF_Ref14317\n\h[17]。其傳遞函數(shù)為：（3-11）式中Kpp為功率環(huán)比例系數(shù)，Kii為功率環(huán)可調(diào)積分系數(shù)。當(dāng)功率環(huán)的開關(guān)頻率足夠高的時候，功率環(huán)也相當(dāng)于一個一階慣性環(huán)節(jié)。對于PI控制來說，系統(tǒng)需要盡可能快的響應(yīng)，工程設(shè)計中常采取中頻寬帶H=5，即=5Teq。所以功率外環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：（3-12）上式中K=H+1/2H2Teq2=3/25Teq，Teq=Tp+3Ts（Tp為功率外環(huán)采樣周期），由此可以得到功率外環(huán)控制系統(tǒng)的參數(shù)：（3-13）經(jīng)過上述計算功率環(huán)參數(shù)選取，Kpp=5；Kpi=200。3.2.2SPLL鎖相環(huán)SPLL本質(zhì)上是一個具有負(fù)反饋作用的閉環(huán)控制系統(tǒng)。它可以利用內(nèi)部反饋控制振蕩器產(chǎn)生與參考電壓信號具有相同幅度和相位角的內(nèi)部信號，從而實現(xiàn)對電壓信號的跟蹤，為d-q變換提供參考角頻率。如3-5所示為鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)圖：圖3-5鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)圖鎖相環(huán)由鑒相器、環(huán)路濾波器、電壓控制振蕩器三部分組成。圖中左側(cè)輸入為三相逆變器輸出電壓，經(jīng)過αβ變換公式：（3-14）通過式3-7得到αβ信號，兩相靜止參考坐標(biāo)系下電壓轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下得到公式3-8：（3-15）上式中θ為電網(wǎng)電壓相角，θ’為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的位置角度。當(dāng)誤差Δθ為0時，則電壓Ud=U0，Uq=0。此時，此時，電網(wǎng)電壓矢量值與參考坐標(biāo)系同步旋轉(zhuǎn)，電網(wǎng)電壓的相位角被鎖相環(huán)控制回路鎖定REF_Ref17080\r\h[20]。下圖3-6為SPLL控制結(jié)構(gòu)圖。圖3-6SPLL控制結(jié)構(gòu)圖上圖中abc/dq坐標(biāo)變換模塊為檢測裝置，輸出側(cè)為Ud和Uq，需要保證q軸電壓為0，需要將Uq與0進(jìn)行“與”邏輯，PI控制器為低通濾波器，可以對q軸電壓分量的偏差進(jìn)行調(diào)整；ω0為前饋裝置，引入前饋裝置可以使鎖相環(huán)的響應(yīng)加快。ω經(jīng)過積分作用得到參考相角值，經(jīng)過負(fù)反饋作用使鎖相環(huán)反應(yīng)更加迅速、準(zhǔn)確。第4章仿真研究4.1整體仿真模型為了驗證整個控制策略的正確性，搭建了完整PQ控制simunlink模型如圖4-1所示。圖4-1PQ控制模型上圖4-1所示即為PQ并網(wǎng)控制的完整模型，圖中左下方為三相逆變器的模型，上方為PQ控制策略模型，PQ控制模塊中包括鎖相環(huán)模塊、d-q坐標(biāo)變換模塊、PQ雙閉環(huán)控制模塊、SPWM模塊，右側(cè)為功率測量模塊。本設(shè)計由于是在并網(wǎng)模式下進(jìn)行，所以無功功率直接給0。另外為了讓仿真結(jié)果更加具體，此設(shè)計在電網(wǎng)側(cè)增加了一個恒定功率負(fù)載模塊和突加功率負(fù)載模塊。設(shè)計的仿真時間為0.3s，在0.2s到0.3s時間內(nèi)，我們利用斷路器突加了功率負(fù)載模塊。下表4.1為PQ控制并網(wǎng)的參數(shù)。表4.1PQ控制仿真參數(shù)DG Udc=800V，L=1.4mH，C=20μF，R=0.01Ω逆變器容量50KVAPI控制器參數(shù)功率環(huán)：Kp=1；Ki=7.5電流環(huán)：Kp=5；Ki=200負(fù)載10KW恒定負(fù)載；5KW突加負(fù)載開關(guān)頻率 20kHz4.2鎖相環(huán)模塊SPLL的功能是檢測和跟蹤電壓、電流和頻率。圖4-2為鎖相環(huán)的仿真模型：圖4-2SPLL模型對電網(wǎng)電壓進(jìn)行鎖相作用，q軸信號給0。經(jīng)過一個PI控制器進(jìn)行偏差控制，然后設(shè)計一個前饋控制以便鎖相環(huán)更快的達(dá)到鎖相作用，經(jīng)過積分器作用然后將鎖相環(huán)控制在一個2

π

周期內(nèi)，這個設(shè)計可以在仿真時更好的觀察鎖相環(huán)是否鎖相成功。4.3d-q坐標(biāo)變換模塊第3章中介紹了d-q坐標(biāo)變換的數(shù)學(xué)模型以及工作原理，下圖所示d-q變換的simulink模型：圖4-3d-q坐標(biāo)變換模型圖中左側(cè)輸入分別為三相逆變器輸出電壓和鎖相環(huán)提供參考頻率，由上式3-1、式3-2、式3-3可以得到輸出側(cè)的dq軸信號。4.4閉環(huán)控制模塊經(jīng)過d-q坐標(biāo)變換的輸出的dq軸電壓電流信號進(jìn)入到閉環(huán)控制模塊中，經(jīng)過雙閉環(huán)控制得到能夠驅(qū)動SPWM信號的參考電壓值Uref，最后通過SPWM信號間接控制逆變器。圖4-4所示閉環(huán)控制模型圖。

圖4-4閉環(huán)控制模型如圖4-4中，功率外環(huán)輸出d軸參考電流信號，由于無功功率輸入為0，所以q軸參考電流信號直接為0。參考電流信號經(jīng)過電流內(nèi)環(huán)與逆變器的輸出dq軸電流信號進(jìn)行比較，通過PI控制器、電壓前饋裝置、交叉解耦得到電壓參考值Uref，然后控制SPWM模塊產(chǎn)生控制信號。4.5仿真結(jié)果及分析如圖4-5為逆變器輸出電壓經(jīng)過鎖相環(huán)結(jié)果圖：圖4-5鎖相環(huán)仿真圖圖中下邊部分為三相電壓中A相電壓，上邊為鎖相環(huán)鎖相結(jié)果。通過對比能夠發(fā)現(xiàn)A相電壓每經(jīng)過一個完整周期鎖相環(huán)的值由0到2

π

，證明鎖相環(huán)鎖相成功，電壓頻率控制在50赫茲。圖4-6所示為經(jīng)過坐標(biāo)變換得到的d、q軸電壓值：圖4-6d、q軸電壓分量圖圖4-6中上側(cè)為d軸電壓分量，其數(shù)值為311V，即逆變器輸出交流相電壓峰值。下方為q軸電壓分量，其值為0。由圖4-6可知d-q坐標(biāo)變換搭建成功，其成功將dq軸電壓解耦，達(dá)到分別控制的目的。圖4-7為輸入側(cè)設(shè)置30kW到40kW有功功率，無功功率設(shè)置為0W。輸出側(cè)直接接入電網(wǎng)，沒有連接負(fù)載。圖4-7未加負(fù)載仿真圖由仿真結(jié)果可知，輸出側(cè)有功功率為30kW到40kW，無功功率顯示為0W。仿真結(jié)果符合預(yù)期。圖4-8為輸入側(cè)設(shè)置30kW到40kW有功功率，無功功率設(shè)置為0W。輸出側(cè)接入10kW恒定負(fù)載，然后接入電網(wǎng)。圖4