一、三電平并網(wǎng)逆變器
在能源轉(zhuǎn)型加速的當(dāng)下，分布式能源接入電網(wǎng)需求大增。三電平并網(wǎng)逆變器憑借低諧波、高功率密度等優(yōu)勢(shì)，有效提升電能轉(zhuǎn)換效率，于新能源并網(wǎng)發(fā)電中擔(dān)當(dāng)關(guān)鍵角色。
常見的三電平電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括二極管鉗位型、飛跨電容型、級(jí)聯(lián)型以及 T 型等。其中，二極管鉗位型三電平和 T 型三電平電路較為常用。本篇中我們基于EasyGo實(shí)時(shí)仿真器EGBox Mini，對(duì)三電平光伏并網(wǎng)逆變器進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過與離線實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可以看到EasyGo實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)PQ波形與離線一致。并且，在調(diào)節(jié)直流電壓設(shè)定值后，波形能夠?qū)崟r(shí)跟隨變化，并保持穩(wěn)定。
近幾年，T 型三電平拓?fù)浒l(fā)展迅速。與中點(diǎn)鉗位（Neutral Point Clamped，NPC）型三電平逆變器相比，該拓?fù)錈o需鉗位二極管，僅用 12 個(gè)功率開關(guān)器件，器件使用數(shù)量更少，有效解決了傳統(tǒng)二極管中點(diǎn)鉗位型拓?fù)淦骷^多、損耗分布不均等問題。
三相NPC三電平光伏并網(wǎng)系統(tǒng)主要包含光伏電池模塊、最大功率跟蹤控制、NPC逆變器及逆變控制、逆變器出口濾波以及交流電網(wǎng)等部分。并網(wǎng)逆變控制采用基于dq解耦的雙閉環(huán)控制，控制框圖如下：
系統(tǒng)的整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖：
二、離線仿真
搭建TNPC 光伏并網(wǎng)逆變器離線模型如下所示。
光伏電池在標(biāo)準(zhǔn)情況（溫度25℃，光照強(qiáng)度1000S/㎡）下，單塊光伏電池開路電壓44.2V，最大功率處電壓35.2V，短路電流5.2A，最大功率處電流4.95A，光伏電池串聯(lián)數(shù)為10，并聯(lián)數(shù)為58，額定功率100kW。正常運(yùn)行過程中，逆變器直流側(cè)電壓500V，交流電網(wǎng)電壓380V。
并網(wǎng)逆變器運(yùn)用基于直流電壓外環(huán)與電網(wǎng)電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制策略。外環(huán)將逆變側(cè)直流電壓與給定直流電壓對(duì)比，其誤差經(jīng) PI 運(yùn)算后，作為內(nèi)環(huán) d 軸電流環(huán)參考值 id_ref，id_ref 與 d 軸電流實(shí)際值 id 比較并經(jīng) PI 運(yùn)算得到脈沖生成信號(hào) Ud；同時(shí)，電流環(huán) q 軸參考值 iq_ref 與實(shí)際值 iq 比較且經(jīng) PI 運(yùn)算得到脈沖生成信號(hào) Uq。
通常，為實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)效率最大化，iq_ref 設(shè)定為 0。
運(yùn)行模型，逆變器直流側(cè)電壓給定值為500V。為檢驗(yàn)光伏整體控制效能，將光照強(qiáng)度依次設(shè)定為 1000W/㎡、1200W/㎡、1000W/㎡、800W/㎡，于 0.05s 啟動(dòng)光伏 DC/DC 控制， 0.1s 啟動(dòng) VSC 控制，仿真結(jié)果如圖：
從波形可以看出：在0.1s，VSC控制啟動(dòng)后，Vdc在短時(shí)間被控制到設(shè)定值500V；在光照強(qiáng)度按設(shè)定值變化時(shí)，系統(tǒng)也能快速跟隨變化，并維持穩(wěn)定。
三、EasyGo 實(shí)時(shí)仿真
EGBox Mini產(chǎn)品系列是基于CPU+FPGA硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)的一體式緊湊型實(shí)時(shí)仿真產(chǎn)品，屬于EGBox 系列實(shí)時(shí)仿真器的入門級(jí)產(chǎn)品。其不同型號(hào)可完成硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)（HIL）或者快速控制原型系統(tǒng)（RCP）。
將控制模型和拓?fù)淠Ｐ头謩e通過仿真上位機(jī)部署進(jìn)兩個(gè)實(shí)時(shí)仿真器（EGBox Mini），整體架構(gòu)如下圖所示：
實(shí)時(shí)運(yùn)行波形如下所示：
可以觀察到：當(dāng)光伏前端設(shè)置溫度為25℃，光照強(qiáng)度10000S/㎡，直流電壓500V時(shí)，其PQ波形與離線一致。調(diào)節(jié)直流電壓設(shè)定值后，波形也能實(shí)時(shí)地跟隨變化，并保持穩(wěn)定。
三電平并網(wǎng)逆變器實(shí)時(shí)仿真就分享到這里了，歡迎感興趣的工程師們留言溝通。
