单相双级式光伏发电并网系统实时仿真

光伏发电作为重要的可再生能源利用方式，受到广泛关注。单相双级式光伏并网是主流光伏并网拓扑结构，其具备控制灵活、稳定性高、MPPT 跟踪精准等优势。

本篇中我们基于 EasyGo 实时仿真器EGBox Mini，对单相双级式光伏并网系统进行仿真实验。通过离线与实时仿真对比，验证了EasyGo 实时仿真平台在单相双级式光伏并网系统中的准确性与可靠性，可在科研与教学中替代真实设备完成仿真验证。

一、单相双级式光伏并网系统

光伏并网逆变器是光伏并网发电系统进行能量交换的核心，其作用主要将通过光伏发电产生的直流电转化为交流电后输送给电网。单相光伏发电并网逆变器，拓扑结构可分为双级式和单级式光伏并网。

单相双级式光伏并网工作原理：将光伏电池产生的直流电通过DC-DC变换器进行电压幅值的变换，然后经DC-AC变换器逆变成电网所需电压等级的交流电，最后并入电网。

相较单级式多了一个DC-DC变换器，投资增大，但控制更简单。前级DC-DC变换器不仅能对输入的直流电进行电压幅值的变换，而且能实现最大功率点追踪；后级DC-AC变换器实现直流变交流，大大提高了系统的可靠性与稳定性。

光伏并网发电系统拓扑一般都由光伏电池、最大功率跟踪控制、并网逆变器、并网控制、并网滤波器、负载或电网等组成，最终目的是保证光伏输出最大功率的前提下，使逆变器输出正弦波电流的频率和相位与电网电压的频率和相位相同。

系统的整体拓扑结构如下图所示：

本并网逆变器系统采用两级协同控制策略：光伏侧采用扰动观察法实现最大功率点跟踪，并网侧采用基于电网电压前馈的电压-电流双闭环控制。

其中，外环为直流母线电压闭环，用于稳定母线电压、传递功率指令；内环为并网电流闭环，用于快速跟踪电流指令、保证并网电流正弦度与低谐波；同时引入电网电压前馈控制，以抑制电网电压波动对并网电流的扰动，提升系统鲁棒性与并网电能质量。

二、离线仿真

搭建单相双级式光伏并网模型如下所示。光伏电池经过Boost升压电路，实现MPPT并进行升压，升压后经单相全桥逆变后并网，并网前采用L型滤波器进行滤波。

单块光伏电池开路电压 44.2V，短路电流5.2A，最大功率处电压35.2V，最大功率处电流4.95A，并联块数为5，串联块数为6，额定功率5200W，逆变直流侧电压500V，交流电网电压220V，50Hz。

采用电压电流双闭环控制，运行模型。直流侧电压给定值设置为500V，光照强度设定变化为1000-1200-1400-1200W/m²。温度设定为25℃，0.01s启动光伏和VSC控制，系统初始控制方式为电压电流双闭环控制，得到仿真结果如下图所示。

从波形可以看出：在0.01s VSC控制启动后，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：

运行模型，直流侧电压给定值设置为500V，光照强度设定1000W/m²，温度设定为25℃。

启动光伏和VSC控制，系统控制方式保持电压电流双闭环控制，Vdc被控到500V与设定值一致，光伏输出功率稳定。

改变光照强度1000-1200-1400-1200W/m²，光伏电压、电流、有功功率随光照同步变化，系统响应迅速。

可以看到：VSC 启动后，直流电压快速稳定至设定值500V，光照扰动下系统具备良好的跟踪能力与稳定性，与离线一致。

实验证明，EasyGo 实时仿真平台可精准复现单相双级式光伏并网系统动态过程，仿真结果准确可靠，可替代真实设备完成控制算法验证、动态性能测试与系统调试。

基于EasyGo实时仿真平台的单相双级式光伏并网系统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。