光伏交直流混合微电网离网（孤岛）模式双下垂控制Matlab/Simulink仿真探究

EQylwUYz

374人浏览 · 2026-03-15 15:30:00

EQylwUYz · 2026-03-15 15:30:00 发布

光伏交直流混合微电网离网（孤岛）模式双下垂控制Matlab/Simulink仿真模型交直流混合微电网结构： 1.直流微电网，由光伏板+Boost变换器组成，最大输出功率10 kW。 2.交流微电网，由光伏板+Boost变换器+LCL逆变器组成，最大输出功率15 kW。 3.互联变换器（ILC），由LCL逆变器组成，用于连接交直流微电网。模型内容： 1.直流微电网采用下垂控制，控制方式为电压电流双闭环，直流母线额定电压700 V。 2.交流微电网中，Boost变换器采用恒压控制，直流电容电压为700 V，LCL逆变器采用下垂控制，额定频率50 Hz，额定相电压有效值220 V。 3.ILC采用双下垂控制策略，首先将交流母线频率和直流母线电压进行归一化，使其范围控制在[-1,1]，之后通过ILC的归一化下垂控制调节交流母线频率和直流母线电压的偏差，最终使二者数值相同。 4.其余部分包括采样保持、坐标变换、功率滤波、SVPWM等环节。 0.5 s时刻负载由12 kW增至16 kW，可以看出系统仍能稳定运行，波形质量良好，且交流母线频率和直流母线电压归一化的参数在ILC控制下趋于一致。仿真版本为Matlab2020b，由于部分模块低版本没有，因此只能用20b或以上版本，想具体了解双下垂控制的可加好友获取参考文献

在可再生能源日益受到重视的当下，光伏交直流混合微电网技术有着重要意义。今天咱就来讲讲光伏交直流混合微电网离网（孤岛）模式双下垂控制的Matlab/Simulink仿真模型。

交直流混合微电网结构剖析

直流微电网：由光伏板搭配Boost变换器构成，其最大输出功率能达到10kW 。光伏板吸收太阳能并转化为直流电，Boost变换器则对电压进行提升，以满足后续负载及系统的需求。
交流微电网：由光伏板、Boost变换器以及LCL逆变器组成，最大输出功率为15kW 。光伏板产生的直流电先经Boost变换器升压，之后通过LCL逆变器将直流转换为所需的交流电，给交流负载供电。
互联变换器（ILC）：由LCL逆变器组成，起到连接交直流微电网的关键作用，协调两者间的功率流动与电气参数匹配。

模型详细内容解读

1. 直流微电网下垂控制

直流微电网运用下垂控制，控制方式为电压电流双闭环，直流母线额定电压设定为700V 。在代码实现上，我们可以通过以下方式简单示意电压外环控制（这里只是简化示意，实际代码更复杂）：

% 假设已经采集到直流母线电压udc和给定电压udc_ref
kp_voltage = 0.1; % 电压环比例系数
ki_voltage = 0.01; % 电压环积分系数
error_voltage = udc_ref - udc;
integral_voltage = integral_voltage + error_voltage * Ts; % Ts为采样时间
control_signal_voltage = kp_voltage * error_voltage + ki_voltage * integral_voltage;

这里通过计算实际电压与给定电压的偏差，经过比例积分调节来产生控制信号，以维持直流母线电压稳定。

2. 交流微电网控制策略

Boost变换器：采用恒压控制，直流电容电压设定为700V 。它保证了进入LCL逆变器的直流电压稳定。
LCL逆变器：采用下垂控制，额定频率50Hz，额定相电压有效值220V 。以下为简单的频率下垂控制代码示意：

% 假设采集到的逆变器输出频率f和额定频率f_nom
kp_frequency = 0.05; % 频率下垂系数
P = calculate_power(); % 计算逆变器输出功率
f = f_nom - kp_frequency * P; % 根据下垂特性调整频率

根据逆变器输出功率来调整输出频率，实现下垂控制的基本功能。

3. ILC双下垂控制策略

ILC的双下垂控制很有意思。首先要将交流母线频率和直流母线电压进行归一化，让其范围控制在[-1,1] 。代码实现归一化可以这样：

% 假设已经获取交流母线频率f_ac和直流母线电压udc
f_ac_max = 52; % 交流母线频率最大允许值
f_ac_min = 48; % 交流母线频率最小允许值
udc_max = 720; % 直流母线电压最大允许值
udc_min = 680; % 直流母线电压最小允许值
f_ac_norm = 2 * (f_ac - f_ac_min) / (f_ac_max - f_ac_min) - 1;
udc_norm = 2 * (udc - udc_min) / (udc_max - udc_min) - 1;

之后通过ILC的归一化下垂控制调节交流母线频率和直流母线电压的偏差，使二者数值最终相同，从而有效协调交直流微电网间的功率流动。

4. 其余环节

像采样保持、坐标变换、功率滤波、SVPWM等环节也不可或缺。比如SVPWM环节，它能有效控制逆变器的输出电压，提高电能质量。以三相SVPWM为例，简单代码示意如下：

% 假设已经计算出三相调制波信号ua, ub, uc
theta = 0; % 初始角度
T = 1/50; % 基波周期
for t = 0:Ts:T % Ts为采样时间
    theta = theta + 2 * pi * 50 * Ts;
    ua = Um * sin(theta);
    ub = Um * sin(theta - 2 * pi / 3);
    uc = Um * sin(theta + 2 * pi / 3);
    % 之后进行扇区判断和开关时间计算等步骤，此处省略详细代码
end

通过这样的计算生成相应的开关信号，控制逆变器的开关状态。