光伏发电系统篇：单级式并网系统实时仿真

在全球积极推动清洁能源转型的大背景下，光伏发电作为重要的可再生能源利用方式，得到了广泛关注和迅猛发展。目前常用的光伏并网及光伏电站主要拓扑结构有单级式和双级式。相较于传统的多级式系统，单级式光伏发电并网系统省去了中间的变换环节，转换效率更高、结构更为简单。本篇中我们基于EasyGo实时仿真器EGBox Mini，对单级式光伏并网系统进行仿真实验。

通过与离线实验结果进行对比，可以看到EasyGo实时仿真平台显示波形与离线一致。并且，保持温度为25℃不变，调节光照强度设定值后，波形能够实时跟随变化，并保持稳定。实验说明，EasyGo实时仿真设备具备良好的仿真效果，在实际科研/教学中可以替代真实设备进行单级式光伏并网系统的仿真模拟。实验再次验证了 Easygo 仿真平台的准确性与可靠性，可为企业/实验室提供高效、安全的测试平台。

一、单级式光伏并网系统

单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，其核心是通过单级功率变换器（通常为并网逆变器），将光伏阵列输出的直流电直接转换为与电网电压、频率及相位同步的交流电，并实现并网接入。单级式光伏发电并网系统的拓扑如图所示：

单级式光伏并网控制最常用的是PI双闭环控制。外环为直流电压环，内环为电流环。由于一般需要光伏电池总是工作在最大功率处，因此，单级式并网逆变器控制一般将最大功率跟踪控制得到的最大功率对应的直流电压作为外环的参考电压。

系统的整体拓扑结构如图：

二、离线仿真

搭建单级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1000S/㎡）下，光伏电池单体 Voc = 64.2 V，Isc = 5.96 A，Vm = 54.7 V，Im = 5.58 A，串联数为10，并联数为 99 ，额定功率 300 kW。光伏逆变器经两级变压器升压后接到 35 kV 交流电网。并网逆变器采用双闭环控制，直流电压外环控制的参考电压为光伏最大功率跟踪控制得到的最大功率点电压，这样就可以使光伏系统始终工作在最大功率状态。

光伏最大功率跟踪控制采用扰动观察法，具体控制部分模型如下：

运行模型，0.5s时，启动逆变器控制。为验证光伏整体控制性能，给定光照强度分别按照1000—1200—1000—800 W/㎡依次变化，得到仿真结果如下图所示：

从波形可以看出：在0.5s，并网控制启动后，直流侧电压在极短时间内被调整到和参考电压同一值，且后续光照强度变化，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：

当光伏前端设置温度为25℃，光照强度为800S/㎡时，实时仿真波形如下所示。

保持温度为25℃不变，更改光照强度为1200S/㎡时，实时仿真波形如下所示。

可以观察到：当光伏前端设置温度为25℃，光照强度为800S/㎡时，仿真波形与离线一致。调节光照强度设定值为1200S/㎡后，波形也能实时地跟随变化，并保持稳定。

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。

单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