[图行天下] I型NPC两级式光伏并网系统，前级boost升压DC-DC，采用MPPT控制（电导增量法） [推广有奖]

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鬼谷老大 发表于 2025-12-12 11:36:46 |AI写论文

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在光伏并网系统中，I型NPC两级式架构因其高效率与优异的输出波形质量而备受关注。该系统采用前级Boost电路实现DC-DC升压，并结合MPPT控制策略（电导增量法）以最大化能量捕获；后级则使用I型NPC三电平逆变器完成并网功能，通过母线电压外环与电流内环的双闭环控制结构，配合SVPWM调制技术，显著提升直流电压利用率。

系统核心之一是电导增量法的实现，其关键在于对功率变化量ΔP和电压变化量ΔV的实时判断。尤其在dV=0的边界条件下需特殊处理，避免误判导致工作点震荡。实际应用中，当电压步长Vstep设定在0.005至0.01之间时，系统可实现较快响应速度的同时保持稳定运行，有效平衡动态性能与稳态精度。

function [Duty] = IncCond(Vpv, Ipv, Vstep)
persistent Vprev Iprev;
if isempty(Vprev)
    Vprev = 0; Iprev = 0;
end
deltaV = Vpv - Vprev;
deltaI = Ipv - Iprev;

if deltaV ~= 0
    if (deltaI/deltaV) + (Ipv/Vpv) > 0
        Duty = Duty + Vstep;
    else
        Duty = Duty - Vstep;
    end
elseif deltaI == 0
    Duty = Duty;
else
    Duty = sign(deltaI)*Vstep;
end
Vprev = Vpv;
Iprev = Ipv;

I型NPC三电平相较于传统两电平逆变器，在输出波形正弦度方面表现更优，总谐波畸变率（THD）更低，具备更高的并网电能质量。这一优势得益于其多电平输出结构以及精确的调制策略控制。

中点电位平衡控制是I型NPC拓扑的关键难点。若控制不当，可能导致中点电压大幅偏移，甚至引发器件过压损坏。在Simulink仿真中，推荐采用PI调节器进行中点电压调控，相比传统滞环控制具有更好的动态响应与稳态精度。需注意积分系数应设置较小，防止调节过度。结合SVPWM中小矢量的选择机制，可将中点电压波动抑制在2%以内，确保系统长期可靠运行。

function [Balance_Factor] = NeutralPointBalance(Vdc1, Vdc2)
Vdiff = Vdc1 - Vdc2;
Kp = 0.15; Ki = 0.02;
persistent interr;
if isempty(interr)
    interr = 0;
end
interr = interr + Vdiff*0.0001;
Balance_Factor = Kp*Vdiff + Ki*interr;

SVPWM调制技术的应用进一步提升了系统的整体性能。针对三电平逆变器，扇区划分与矢量作用时间计算较为复杂，但可通过优化算法简化实现过程。例如采用非对称载波调制方式，实测显示相较对称调制可降低THD约0.8%，改善输出波形质量。同时，在归一化处理过程中需考虑直流母线电压的实际波动情况，动态调整相关参数以维持良好的正弦输出特性。

function [T1,T2,Sector] = SVPWM_3L(Valpha, Vbeta, Vdc)
Vref = sqrt(Valpha^2 + Vbeta^2);
theta = atan2(Vbeta, Valpha);
Sector = floor(theta/(pi/6)) + 1;

% 归一化处理
X = Vbeta*sqrt(3)/Vdc;
Y = (Valpha + Vbeta/sqrt(3))/Vdc;
Z = (-Valpha + Vbeta/sqrt(3))/Vdc;

T1 = sqrt(3)*Ts*(Y - floor(Y));
T2 = sqrt(3)*Ts*(Z - floor(Z));

在前后级联合调试过程中，需特别注意前级Boost电路的开关频率与后级SVPWM载波频率之间的干扰问题。两者若存在倍频关系，易引发共振效应，增加系统纹波与谐波含量。实验表明，当前级开关频率设为12kHz、后级载波频率设为10kHz时，系统整体THD可降至1.2%以下，明显优于传统两电平方案。