光伏发电系统篇：双级式并网系统实时仿真

光伏发电作为重要的可再生能源利用方式，受到广泛关注。双级式光伏并网是目前常见的一种光伏并网拓扑结构。与单级式相比，结构较为复杂，但前、后级可分开控制，应用灵活，且控制方法较简单。

本篇中我们基于 EasyGo 实时仿真器EGBox Mini，对双级式光伏并网系统进行仿真实验。通过与离线仿真对比，可以看到EasyGo 实时仿真设备能在实际科研/教学中替代真实设备进行双级式光伏并网系统的仿真模拟，再次验证了EasyGo实时仿真平台的准确性与可靠性。

一、双级式光伏并网系统

双级式光伏发电并网系统是光伏技术中的一种重要并网方案，其核心是通过两级功率变换器（前级 DC-DC 变换器和后级DC-AC逆变器），先将光伏阵列输出的直流电进行最大功率点跟踪（MPPT）和升压稳压，再转换为与电网电压、频率及相位同步的交流电，并实现并网接入。

双级式非隔离型光伏发电并网系统的拓扑如图：

三相光伏并网主要包括：光伏电池模块、最大功率跟踪控制、三相逆变器及逆变控制、逆变器出口滤波以及交流电网。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：

电压环（外环）逆变侧直流电压与给定直流电压进行比较，经过 PI，作为电流环（内环）参考值id_ref。电流环q轴参考值一般给定为0，以达到并网效率最大（理想情况下功率因数为1）。

系统的整体拓扑结构如图：

二、离线仿真

搭建双极式光伏并网离线模型如下所示。

光伏电池在标准情况（温度 25℃，光长强度1000W/㎡）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。

目前，光伏 MPPT 控制算法应用比较普遍的有电导增量法，恒定电压法，扰动观察法等。本模型采用电导增量法进行最大功率跟踪，根据太阳能电池上的日照强度变化时，其最大功率点处功率对电压导数为0，即dP/dU=0。

运行模型，逆变器直流侧电压给定值为 500V，光照强度给定值分别为1000—1200—1000—800W/㎡，验证光伏整体控制性能。在0.05s启动光伏，在0.1s启动VSG控制，得到仿真结果如下图所示：

从波形可以看出：在 0.1s 启动VSC控制后，Vdc在短时间被控制到设定值500V；在光照强度变化时，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：

1、给定逆变器直流侧电压500V，温度25℃，光照强度1000W/㎡。

可以看到：启动光伏后，光伏发电功率值 Power_pv 明显增大到额定发电功率100kW左右；启动VSC控制，与离线结果相同，Vdc在短时间被控制到设定值500V左右。

2、不改变给定电压和温度，光照强度从1000W/㎡ 依次调整为1200W/㎡，1000W/㎡，800W/㎡ 时，可以看到系统能快速跟随变化，并维持稳定。

可以看到：光伏发电功率 Power_pv 变化与光照强度变化成正比。光照强度由1000W/㎡ 变到1200W/㎡ 时，光伏发电功率Power_pv、电流I_pv及有功功率P明显增大；从1200W/㎡ 变到1000W/㎡ ，再到800W/㎡ 时，随之减小，同时系统也能快速跟随变化，并维持稳定。

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。

双级式光伏并网实时仿真就分享到这里了，欢迎感兴趣的工程师们留言沟通。