随着新能源并网装机容量不断提升，新能源发电占电网比例不断增加。对于新能源并网逆变器的测试标准不断完善，本文将介绍使用远宽能源的实时仿真器测试高开关频率(40kHz)的光伏并网逆变器控制器在正常工况、弱电网（低SCR）以及电网低电压穿越的工况下实验结果，并和Simulink离线仿真结果对比，来验证StarSim最新的RonRoff Solver的准确性。

系统介绍

1. 系统模型介绍

本次实验逆变器中电网线电压有效值690伏，前级PV直流升压采用三电平Boost拓扑（开关频率20kHz），后级交流逆变器采用ANPC拓扑（开关频率40kHz）。PV数学模型在CPU中以50μs大步长仿真，电力电子变换器在FPGA中以0.5μs小步长仿真。图一图二分别为CPU模型与FPGA模型。

图一：CPU仿真的PV数学模型

图二：FPGA仿真的电力电子变换器拓扑

2. StarSim HIL 两个新功能简介

1) 支持参数化模型变量

StarSim HIL最新功能支持用户在电路模型参数中使用变量，这个功能对于需要在多处设置中修改变量类型参数的情况非常方便，例如修改多电平应用中多个直流电容的电容数值。本例中，使用StarSim HIL的Model Para功能在上位机界面直接设定及修改电网内部电抗，在拓扑中输入Zg的电阻值和电感值分别为Rg和Lg。

图三：使用Model Para设置电网电感电阻数值

2) 电路参数的在线切换功能（Case切换）

StarSim FPGA Solver的最新功能支持用户在模型实时运行的过程中，切换和修改模型的参数。在本例中，使用case切换功能实现电阻性网侧断路器，如下图所示的EqBreaker为模拟断路器的电阻：

图四：使用Para Set设置等效断路器导通和关断数值

图五：电网电压mapping及Case ID设定

电网低电压穿越时电压幅值需要可编程实现，在FPGA上使用受控电压源代替电网，通过CPU编程输出电网电压幅值控制StarSim HIL的FPGA Sine发生器。

系统正常运行

进网电流实时仿真实验结果（上）和离线仿真结果（下）

图六：正常工况电流比对

可以看到实时的电路峰值和离线的电路峰值非常的接近，都为220A左右; 而如果逆变桥直接采用传统的开关LC建模，在高开关频率的时候，往往会出现因开关损耗过大导致实时仿真时向电网送出的电流幅度偏低的问题。

弱电网和低电压穿越工况

1. 弱电网工况

分别降低电网短路阻抗比 (SCR)1到10，5，2.5进行实验，网侧电感Lg和电阻Rg的数值分别为：

表一：不同SCR时电网电感电阻值

在图四所示的Model Para界面输入对应数值，点击reload按钮使数据生效。不同SCR时PCC电压电流波形回放如下图所示：

图七：SCR=10实时仿真（上）和离线仿真（下）对比

图八：SCR=5实时仿真（上）和离线仿真（下）对比

图九：SCR=2.5实时仿真（上）和离线仿真（下）对比

可以看到随着电网内阻变大（SCR变小），不管是实时还是离线的结果，逆变器并网点的电压谐波含量都越来越高。同时在各种工况下，实时仿真的结果和离线仿真结果都呈现出较好的一致性。

2. 低电压穿越

在MT 6020 CPU编程实现上位机按钮触发电网低电压穿越，通过CPU输出电网电压幅值控制FPGA上的Sine发生器。下图为低电压穿越过程中的电网电压波形。

图十：低电压穿越过程

下图为电网电压跌落开始时实时和离线三相电网电压电流波形。

图十一：电网电压跌落时电压电流实时（上）离线（下）波形

观察A相电压电流波形，在电网电压跌落后系统从有功输出变为无功输出。电网电压恢复的过程中系统逐渐减小无功输出增加有功输出。

图十二：电网电压跌落时A相电压电流实时（上）离线（下）波形

图十三：电网电压恢复过程中A相电压电流实时（上）离线（下）波形

总结

使用MT 6020实时仿真器进行40kHz开关频率的实时仿真，可以看到，在正常工况和故障工况下，实时仿真稳态和瞬态波形和离线仿真结果都具有较好的一致性，充分验证了StarSim RonRoff Solver在应对高开关频率下的准确性。