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光伏逆变系统的MATLAB仿真

此文章通过MATLAB仿真，验证逆变器设计电路的正确性，以及所选器件的

合理性。如图5-1所示，该图为单相光伏逆变系统的仿真电路图。仿真的要求是：

1，太阳能电池仿真模块能够模拟实际的太阳能电池的特性；

2，MPPT控制太阳能电池工作在最大功率点处；

3，DC/AC电路把直流电逆变成与电网电压同频、同相的交流电；

4，DC/AC控制器稳定逆变器直流侧的电压50V，控制逆变电路的通断，使其

逆变为与电网电压同频、同相的交流电流。

图5-1单相光伏逆变系统仿真

各个模块的仿真如下：

（1）太阳能电池

太阳能电池的仿真模型建立以光照强度S和温度T为自变量，以标准环境下
的光照强度S、温度T、开路电压U、短路电流I、最大功率输出电压U、最大
ocscm
功率输出电流I为已知量，以A、B为中间变量。当光照强度S、温度T发生变
m
化时，先推导出中间变量A、B，最后得出在新的条件下I和U的关系式：
（5-1）

如图5-2所示，为太阳能电池的仿真pv模块。有图可知，太阳能电池所处

的环境为S=1000W/m2，T=25OC。在此环境下，太阳能电池的各个参数为：
U=44.4V,I=5.4A,U=35.4V,I=4.95A。
ocscmm

图5-2太阳能电池仿真pv模块

（2）Boost

建立Boost电路的仿真模型，Boost电路由IGBT、二极管、储能电感、输出

电容组成。模型为基础的boost电路。

（3）DC/AC

该仿真是由4个IGBT和4个二极管组成，通过PWM波来控制4个IGBT的通

断，最终输出所需要的交流电。模型为基础的逆变电路。

（4）DC/AC控制器

DC/AC逆变器的双环控制外环为直流电压控制，用设置的基准电压减去直流
母线的实时电压，其结果经过PI调节器控制后，与实时的电网电压相乘，其结
果作为逆变器输出电流指令信号。双环控制的内环为交流电流环，用电流指令信

号与逆变器输出的实时电流相减，得到的正弦信号，经过P调节，其结果与三角

波相比较。
仿真结果分析

根据所使用太阳能电池板的参数：

最大输出功率:175W；

开路电压：44.4V；

短路电流：5.40A；

最大功率电压：35.4V；

最大功率电流：4.95A；

以上是在光照强度为1000W/m2,电池温度为25oC时的参数。

设定太阳能电池的光照强度为1000W/m2,电池温度为25oC，由太阳能参数可
知，在所设定的条件下，太阳能电池最大功率为175W，最大功率点的电压为
35.4V。系统在所设定的条件下稳定工作时，输出功率约为175W，太阳能电池输

出电压约为35.4V.

在系统进入稳定工作状态后，太阳能电池输出的电压基本保持不变，而且没
有很大的文波，表明，所选用的太阳能电池侧的电容合理，能够达到设计时所提

出的要求。

逆变器直流侧的电压能够稳定在所给定的50V，基本保持不变，超调量很小，
而且相应的时间很快。这表明，所选用的逆变器直流侧支撑电容大小合理，而且

DC/AC控制系统也能实现稳定直流母线电压的功能。

逆变器直流侧的电压反馈值和给定值，给定值为50V。反馈电压能够跟上给
定的电压50V，而且跟踪速度很快，反馈电压最大值约为58V，超调量为16%，符
合设计的要求，达到了快速响应，稳定电压的目的。因此，所设计的电压环控制

系统和选择PI参数是比较合理的。
输出电流的波形为标准的正弦波，而且电流中所含的谐波很少，文波电流也

不大，符合设计时所想要的结果。这表明，DC/AC控制系统中的电流环的设计与

P参数的选择以及滤波电感的选择是合理的，实现了设计时的所提出的功能。

在很短的时间内，逆变器输出的电流和电网电压能够实现同频、同相并列运
行，运行稳定，没出现故障。这表明，所设计的单相光伏逆变系统能够实现并网，

稳定运行。

通过以上对仿真结果的分析可知，所设计的系统中，太阳能电池模块能够模

拟实际太阳能电池的特性，MPPT模块也能很好地控制太阳能电池输出最大功率，
Boost电路实现升压功能，逆变电路实现把直流逆变成交流的功能，DC/AC控制
系统能够稳定直流母线的电压，控制逆变器输出与电网电压同频、同相的交流电
流，并能与电网稳定地并联运行。整个系统的仿真结果，都与设计系统时所依据
的原理是相吻合了，这样就验证了光伏逆变器设计所依据的原理的正确性，以及
各个元器件选择的原理方法的合理性。所以，所设计单相光伏逆变器是合理的，

能够实现它的各种功能。

最大功率点的检测方法

实际运行中，太阳能电池板的运行环境多种多样，不可能总是标准环境，而
且厂商仅仅提供了标准环境下的最大功率点数据。因此，对于非标准环境下，如