1. 三相并网逆变器的控制需求与挑战
在新能源发电系统中，三相并网逆变器是将直流电能转换为交流电能并馈入电网的核心装置。其控制性能直接影响整个系统的电能质量、动态响应和稳定性。传统控制方法通常采用双闭环PI控制策略，外环控制直流母线电压或并网有功功率，内环控制并网电流。然而，这种控制方式在面对电网阻抗变化、负载突变等复杂工况时，往往表现出动态响应慢、抗干扰能力不足等缺点。
模型预测控制（MPC）作为一种先进的控制策略，近年来在电力电子领域得到广泛应用。与PI控制相比，MPC具有动态响应快、能够显式处理约束等优势。将MPC应用于三相并网逆变器的电流内环控制，可以显著提高系统的动态性能和鲁棒性。
2. 系统整体控制架构设计
2.1 外环PI控制设计
外环控制器主要负责直流母线电压的稳定控制。在光伏并网系统中，外环控制的目标是维持直流母线电压恒定，确保逆变器与光伏阵列之间的功率平衡。其控制框图如下：
code复制直流电压参考值 → [PI控制器] → 电流参考值
PI控制器的参数设计需要考虑系统的动态响应速度和稳定性。通常采用零极点对消法或频域设计方法来确定PI参数。在实际工程中，还需要考虑以下因素：
- 直流母线电容的取值影响系统惯性
- 光伏阵列的输出特性影响工作点变化
- 电网电压波动对系统的影响
2.2 内环MPC电流控制设计
内环采用模型预测电流控制（MPCC）策略，其核心思想是通过建立系统的离散时间模型，在每个控制周期内求解最优控制问题。MPC控制的主要步骤包括：
- 建立逆变器和电网的离散数学模型
- 定义代价函数和控制目标
- 在线求解优化问题
- 应用最优控制量
对于三相并网逆变器，在静止坐标系(αβ)下建立数学模型更为方便。逆变器的输出电压与电网电压之间的关系可以表示为：
code复制L(di/dt) = V_inv - V_grid - Ri
其中L为滤波电感，R为等效电阻。将该方程离散化后，可以得到预测模型：
code复制i(k+1) = (1 - RTs/L)i(k) + (Ts/L)(V_inv(k) - V_grid(k))
3. 仿真模型搭建与参数设置
3.1 Simulink仿真模型结构
在Simulink中搭建的仿真模型主要包括以下部分：