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100kW光伏并网发电系统MATLAB仿真模型：基于“增量电导+积分调节器”的MPPT与VSC并网控制
在构建光伏发电系统的仿真研究中，搭建一个高效且具备良好动态响应的100kW光伏并网模型是关键。本文将重点介绍该模型中采用的核心技术——结合“增量电导法”与“积分调节器”的最大功率点跟踪（MPPT）控制器，以及用于实现电网同步的电压源换流器（VSC）并网控制策略。
MPPT控制器设计：“增量电导 + 积分调节器”方法
为了最大化太阳能转换效率，MPPT控制器的作用不可忽视。本模型采用了“增量电导法”作为基础算法，并引入积分调节机制以提升稳态精度和抗干扰能力。
从数学原理出发，光伏阵列输出功率 $P = U \times I$，对其电压求导可得：
$$ \frac{dP}{dU} = I + U\frac{dI}{dU} $$
当系统运行于最大功率点时，$\frac{dP}{dU}=0$，即满足条件：
$$ \frac{dI}{dU} = -\frac{I}{U} $$
通过实时检测当前工作点处的电流、电压及其变化率，判断是否满足上述等式关系，进而调整输出电压方向。若 $\frac{dI}{dU} > -\frac{I}{U}$，则说明工作点位于最大功率点左侧，需增加电压；反之则减小电压。
% 初始化参数
% 假设已经获取到当前的电压U和电流I
dU = 0.01; % 电压微小变化量
U_new = U + dU;
I = getCurrent(U); % 假设这是获取对应电压下电流的函数
I_new = getCurrent(U_new);
dI = I_new - I;
if (dI/dU) == (-I/U)
% 此时接近最大功率点，可做相应处理
disp('接近最大功率点');
elseif (dI/dU) > (-I/U)
% 需增大电压
U = U + step_size;
else
% 需减小电压
U = U - step_size;
end伪代码示意如下（仅展示核心逻辑）：
计算 dI_dU = (I_current - I_previous) / (U_current - U_previous)
计算 ref_slope = -I_current / U_current
if dI_dU > ref_slope:
U_ref += step_size
else:
U_ref -= step_size
为进一步消除静态误差，提高跟踪稳定性，在电压参考值生成环节加入了积分调节器。设误差信号 $e = V_{mppt} - V_{actual}$，通过对误差进行累积处理，形成闭环反馈控制。
% 初始化积分项
integral_term = 0;
K_i = 0.1; % 积分系数
e = reference_U - U; % 计算误差
integral_term = integral_term + e;
U_adjust = K_i * integral_term;
U = U + U_adjust;积分部分的实现方式为：
integral_error += e * Ts delta_V = K_i * integral_error U_ref = U_base + delta_V
这种“增量电导+积分调节”的复合结构，相当于为系统配备了一个高灵敏度、低漂移的智能追踪单元，能够在光照强度快速变化或温度波动时仍保持良好的跟踪性能。
VSC并网控制策略
电压源型换流器（VSC）是连接光伏直流侧与交流电网的关键接口。其主要功能是将直流电高效转化为符合电网标准的交流电，并实现有功与无功功率的独立调节。
控制系统采用基于dq坐标系的解耦电流控制方案。首先利用Clark变换将三相定子电流 $i_a, i_b, i_c$ 转换为两相静止坐标系下的 $i_\alpha, i_\beta$，再通过Park变换进入旋转坐标系，得到直轴电流 $i_d$ 和交轴电流 $i_q$。
% Clark变换
alpha = i_a;
beta = (sqrt(3)/3)*(i_b - i_c);
% Park变换
theta = getGridAngle(); % 获取电网角度的函数
i_d = alpha*cos(theta)+beta*sin(theta);
i_q = -alpha*sin(theta)+beta*cos(theta);其中，$i_d$ 通常用于控制有功功率，$i_q$ 控制无功功率。根据电网调度需求设定参考值 $i_d^*$ 和 $i_q^*$，然后分别送入PI控制器，使实际电流快速跟踪指令值。
% PI调节器
K_p = 0.5;
K_i = 0.01;
e_d = i_d_star - i_d;
e_q = i_q_star - i_q;
integral_d = integral_d + e_d;
integral_q = integral_q + e_q;
v_d = K_p*e_d + K_i*integral_d;
v_q = K_p*e_q + K_i*integral_q;完成调节后，控制信号需逆向还原至三相静止坐标系：先经反Park变换得到 $\alpha\beta$ 平面上的调制波，再通过反Clark变换生成三相调制信号，最终驱动VSC的IGBT开关器件，输出符合频率、相位要求的正弦交流电。
系统整合与仿真效果
综合以上两大核心技术——基于“增量电导+积分调节器”的MPPT算法与基于dq解耦的VSC并网控制，所建立的100kW光伏并网发电系统在MATLAB/Simulink环境中实现了较为真实的动态行为模拟。
仿真结果表明，系统不仅能在不同辐照条件下迅速锁定最大功率点，还能在并网过程中保持电流与电网电压同频同相，具备良好的功率因数调节能力和动态响应特性。
该模型为进一步研究光伏系统优化控制、低电压穿越、谐波抑制等问题提供了可靠平台。有兴趣的研究者可根据此框架拓展更多高级控制策略，探索更高效的能量转换路径。
京公网安备 11010802022788号
