光伏发电系统篇：三电平并网逆变器实时仿真

一、三电平并网逆变器

在能源转型加速的当下，分布式能源接入电网需求大增。三电平并网逆变器凭借低谐波、高功率密度等优势，有效提升电能转换效率，于新能源并网发电中担当关键角色。

常见的三电平电路拓扑结构包括二极管钳位型、飞跨电容型、级联型以及T 型等。其中，二极管钳位型三电平和 T 型三电平电路较为常用。本篇中我们基于EasyGo实时仿真器EGBox Mini，对三电平光伏并网逆变器进行仿真实验验证。通过与离线实验结果进行对比，可以看到EasyGo实时仿真平台PQ波形与离线一致。并且，在调节直流电压设定值后，波形能够实时跟随变化，并保持稳定。

实验说明，EasyGo实时仿真设备具备良好的仿真效果，在实际科研/教学中可以替代真实设备进行三电平并网逆变器的仿真模拟。实验再次验证了 Easygo 仿真平台的准确性与可靠性，可为企业/实验室提供高效、安全的测试平台。

近几年，T 型三电平拓扑发展迅速。与中点钳位（Neutral Point Clamped，NPC）型三电平逆变器相比，该拓扑无需钳位二极管，仅用 12 个功率开关器件，器件使用数量更少，有效解决了传统二极管中点钳位型拓扑器件过多、损耗分布不均等问题。

三相NPC三电平光伏并网系统主要包含光伏电池模块、最大功率跟踪控制、NPC逆变器及逆变控制、逆变器出口滤波以及交流电网等部分。并网逆变控制采用基于dq解耦的双闭环控制，控制框图如下：

系统的整体拓扑结构如图：

二、离线仿真

搭建TNPC光伏并网逆变器离线模型如下所示。

光伏电池在标准情况（温度25℃，光照强度1000S/㎡）下，单块光伏电池开路电压44.2V，最大功率处电压35.2V，短路电流5.2A，最大功率处电流4.95A，光伏电池串联数为10，并联数为58，额定功率100kW。正常运行过程中，逆变器直流侧电压500V，交流电网电压380V。

并网逆变器运用基于直流电压外环与电网电流内环的双闭环控制策略。外环将逆变侧直流电压与给定直流电压对比，其误差经 PI 运算后，作为内环 d 轴电流环参考值 id_ref，id_ref 与 d 轴电流实际值 id 比较并经 PI 运算得到脉冲生成信号 Ud；同时，电流环 q 轴参考值 iq_ref 与实际值 iq 比较且经 PI 运算得到脉冲生成信号 Uq。

通常，为实现并网效率最大化，iq_ref 设定为 0。

运行模型，逆变器直流侧电压给定值为500V。为检验光伏整体控制效能，将光照强度依次设定为1000W/㎡、1200W/㎡、1000W/㎡、800W/㎡，于 0.05s 启动光伏 DC/DC 控制， 0.1s 启动 VSC 控制，仿真结果如图：

从波形可以看出：在0.1s，VSC控制启动后，Vdc在短时间被控制到设定值500V；在光照强度按设定值变化时，系统也能快速跟随变化，并维持稳定。

三、EasyGo 实时仿真

EGBox Mini产品系列是基于CPU+FPGA硬件架构设计的一体式紧凑型实时仿真产品，属于EGBox 系列实时仿真器的入门级产品。其不同型号可完成硬件在环测试系统（HIL）或者快速控制原型系统（RCP）。将控制模型和拓扑模型分别通过仿真上位机部署进两个实时仿真器（EGBox Mini），整体架构如下图所示：

实时运行波形如下所示：

可以观察到：当光伏前端设置温度为25℃，光照强度10000S/㎡，直流电压500V时，其PQ波形与离线一致。调节直流电压设定值后，波形也能实时地跟随变化，并保持稳定。

EasyGo实时仿真平台基于Matlab/Simulink的实现方式具有上手快、通用性强的特点，在完成端口配置的基础上可以实现免培训操作。上位机软件 Desksim 可通过在线调参功能对系统的功率电路部分进行实时调控，这里就不过多赘述。

三电平并网逆变器实时仿真就分享到这里了，欢迎感兴趣的工程师们咨询沟通。