【《三相并网逆变器Simulink软件仿真与结果分析案例》3900字】

三相并网逆变器Simulink软件仿真与结果分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u28593三相并网逆变器Simulink软件仿真与结果分析案例 1110181.1仿真模型的搭建 1307531.2载波信号与开关生成信号的产生 370151.3无功电流的控制 4148821.4有功电流的控制 830051.5仿真结果分析 121.1仿真模型的搭建根据前文所述原理，在MATLAB/Simulink2018a环境下进行仿真实验，参照图2-2所示三相电压型桥式逆变电路，将锁相环与坐标变换模块、电流调节器以及调制环节根据图3-1所示的控制结构图接入主电路中，即可得到如图4-1所示的基于载波相移技术的三相并网逆变器的Simulink模型。图4-1三相并网逆变器的Simulink模型仿真过程采用的是ode23t（mod.stiff/Trapezoidal）算法，仿真步长可直接使用默认值，无需修改，但若波形出现失真，可根据需要调整步长，但步长越小，运行所需时间就会越长。仿真参数如表4-1所示。表4-1三相并网逆变器仿真实验参数参数数值参数数值U600V电网电压220V电网频率50HzL0.002H三角波幅值1三角波周期1/10000s电流调节器P50电流调节器I50001.2载波信号与开关生成信号的产生根据前文，选用的载波信号为等腰三角波，在MATLAB/Simulink中，三角波可用RepeatingSequence模块轻松生成，本课题拟使用频率为10000Hz、幅值为1的三角载波，只需设置该模块参数Timevalues为[00.000050.0001]、Outputvalues为[-11-1]，即可得到相应载波，三角载波波形如图3-2所示。图4-2三角载波波形开关信号是基于载波相移技术生成的PWM调制波，各相桥臂共用一个三角载波，调制波是由电流PI调节器输出的互相相差120°的正弦波。各相桥的上下桥臂的开关信号在相位上是相反的，而各相的开关信号则是互相相差了120°，a、b、c相调制波分别如图4-3（a）、（b）、（c）所示。（a）a相上下桥臂开关信号（b）b相上下桥臂开关信号（c）c相上下桥臂开关信号图4-3基于载波相移技术的调制波1.3无功电流的控制因为d轴与电网电压矢量同轴，所以q轴是无功分量的参考轴，则改变iq∗就可以改变交流测电流的无功分量。令i（1）iq(a)iq∗=50时a相相电流与相电压(b)图4-4设置iq当设置id∗=0，iq∗=50或-50时，可以看到实验结果良好，系统可以正常运行，a相相电流经历十分短暂的暂态过程（t<0.01s）后，稳定在50A或-50A，但是相位有所区别，iq∗=50时，ia滞后ua运用MATLAB/Simulink中的Powergui模块中的FFTAnalysis功能，分别对图4-4中的a相电流进行谐波分析，设置开始时间为0.01s。所得结果如图4-5所示，iq∗=50时a相电流的THD=1.77%（<5%），即50Hz工频电流的比例达到98.23%，(a)iq(b)iq图4-5设置iq（2）iq∗(a)iq∗=100时a相相电流与相电压(b)图4-6设置iq当设置id∗=0，iq∗=100或-100时，可以看到实验结果良好，系统可以正常运行，a相相电流经历十分短暂的暂态过程（t<0.01s）后，稳定在iq∗=100A或-100A，但是相位有所区别，iq∗=100时，ia（3）iq∗(a)iq∗=200时a相相电流与相电压(b)图4-7设置iq当设置id∗=0，iq∗=200或-200时，可以看到实验结果良好，系统可以正常运行，a相相电流经历十分短暂的暂态过程（t<0.01s）后，稳定在200A或-200A，但是相位有所区别，iq∗=200时，ia滞后ua（4）iq(a)iq∗从50变成100时a相相电流与相电压(b)图4-8设置iq∗当设置id∗=0，iq∗从50变成100时（令系统运行0.1s，iq∗当设置id∗=0，iq∗从-50变成-100时（令系统运行0.1s，iq∗在0.05s时变化），可以看到实验结果良好，系统可以正常运行，a相相电流经历十分短暂的暂态过程（实验结果说明系统可以很好的控制电流无功分量的幅值。（5）iq∗从50变成-100或从-50变成100时：(a)iq∗从50变成-100时a相相电流与相电压(b)图4-9设置iq∗当设置id∗=0，iq∗从50变成-100时（令系统运行0.1s，iq∗在0.05s时变化），可以看到实验结果良好，系统可以正常运行，a相相电流经历十分短暂的暂态过程（当设置id∗=0，iq∗从-50变成100时（令系统运行0.1s，iq∗实验结果说明系统可以很好的控制电流无功分量的幅值以及相位。1.4有功电流的控制因为d轴与电网电压矢量同轴，所以d轴是有功分量的参考轴，则改变id∗就可以改变交流测电流的有功分量。令（1）id(a)id∗=50时a相相电流与相电压(b)图4-10设置id∗当设置iq∗=0，id∗=50或-50时，可以看到实验结果良好，系统可以正常运行，a相相电流经历十分短暂的暂态过程（t<0.01s）后，稳定在50A或-50A，但是相位有所区别，id∗=50时，ia与u运用MATLAB/Simulink中的Powergui模块中的FFTAnalysis功能，分别对图4-10中的a相电流进行谐波分析，设置开始时间为0.01s。所得结果如图4-11所示id∗=50时a相电流的THD=1.74%（<5%），即50Hz工频电流的比例达到98.26%，(a)id(b)id∗图4-11设置id∗（2）id∗=100或-100时：(a)id∗=100时a相相电流与相电压(b)图4-12设置id∗当设置iq∗=0，id∗=100或-100时，可以看到实验结果良好，系统可以正常运行，a相相电流经历十分短暂的暂态过程（t<0.01s）后，稳定在100A或-100A，但是相位有所区别，id∗=100时，ia与u（3）id(a)id∗=200时a相相电流与相电压(b)图4-13设置id∗=当设置iq∗=0，id∗=200或-200时，可以看到实验结果良好，系统可以正常运行，a相相电流经历十分短暂的暂态过程（t<0.01s）后，稳定在200A或-200A，但是相位有所区别，id∗=200时，ia与u（4）id∗从50变成100或从-50变成-100时：(a)id∗从50变成100时a相相电流与相电压(b)图4-14设置id∗当设置iq∗=0，id∗从50变成100时（令系统运行0.1s，id∗当设置iq∗=0，id∗从-50变成-100时（令系统运行0.1s，id∗实验结果说明系统可以很好的控制电流有功分量的幅值。（5）id(a)id∗从50变成-100时a相相电流与相电压(b)图4-15设置id∗当设置iq∗=0，id∗=从50变成-100时（令系统运行0.1s，id∗当设置iq∗=0，id∗=从-50变成100时（令系统运行0.1s，id∗实验结果说明系统可以很好的控制电流有功分量的幅值以及相位。1.5仿真结果分析根据前两章所建立的三相并网逆变器的模型，在MATLAB/Simulink2018a环境下进行仿真实验，得到了上一节输出的波形。从上一节所得到的仿真实验的输出波形来看，本文所设计的并网逆变器的总体性能十分良好，能够完全控制交流测电流的有功和无功分量，且响应速度快，暂态过程短，且输出波形谐波量小。本课题所使用的是基于载波相移理论的PWM调制技术，通过图4-3可以看到，调制部分所输出的开关信号能够完全满足控制逆变桥中的6各IGBT元件的要求，同一相桥臂的上下桥臂的开关信号是相反的，使得该相桥臂不会因为上下桥臂同时接通而短路，且三相每一相的开关信号互相相差120°，令逆变桥能够输出与电网一直的三相交流正弦波。本课题所采用的是无需电压外环的双环控制结构，采用电压矢量定向控制方案，通过坐标变换手段得以分别控制交流测电流的有功分量和无功分量。控制结构里有锁相环与坐标变换模块、电流PI调节器以及调制模块，通过输出波形可以很好地证明本课