光儲(chǔ)一體系統(tǒng)將光伏發(fā)電與儲(chǔ)能技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)清潔能源的高效存儲(chǔ)與穩(wěn)定輸出，提升能源利用效率和供電可靠性，助力能源轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展。本篇中我們基于 EasyGo 實(shí)時(shí)仿真器EGBox Mini，對(duì)光儲(chǔ)直流并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

通過與離線實(shí)驗(yàn)對(duì)比，可以看到EasyGo實(shí)時(shí)仿真設(shè)備具備良好的仿真效果，在實(shí)際科研/教學(xué)中可以替代真實(shí)設(shè)備進(jìn)行光儲(chǔ)直流并網(wǎng)系統(tǒng)的仿真模擬，進(jìn)一步驗(yàn)證了Easygo仿真平臺(tái)的準(zhǔn)確性與可靠性。

一、光儲(chǔ)一體系統(tǒng)

光儲(chǔ)一體系統(tǒng)的控制一般采用儲(chǔ)能控直流電壓，并網(wǎng)換流器控功率的模式，并網(wǎng)換流器可以設(shè)置一個(gè)合適的功率，通過光儲(chǔ)系統(tǒng)使并網(wǎng)點(diǎn)功率始終維持恒定。

前級(jí) DC/DC 控制采用直流母線電壓外環(huán)，電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制（或單閉環(huán)直流母線電壓控制）。

后級(jí) DC/AC 并網(wǎng)換流器采用頂功率的雙閉環(huán)控制，外環(huán)為PQ控制，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)控制。

系統(tǒng)的整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示：

外環(huán)逆變側(cè)直流電壓與給定直流電壓進(jìn)行比較，誤差經(jīng)過 PI，作為內(nèi)環(huán)d軸電流環(huán)參考值id_ref，然后與d軸電流實(shí)際值id進(jìn)行比較，經(jīng)過PI，得到脈沖生成信號(hào)Ud；電流環(huán)q軸參考值iq_ref與實(shí)際值iq進(jìn)行比較，經(jīng)過PI，得到脈沖生成信號(hào)Uq（為使并網(wǎng)效率最高，一般iq_ref 給定為0）。

在電壓跌落時(shí)，切換為基于內(nèi)環(huán) id、iq給定的控制（光伏低電壓穿越控制仿真研究），整體控制部分模型如下：

儲(chǔ)能 DC/DC 定直流電壓控制中，Udc_ref為設(shè)定(參考)電壓，Udc為DC/DC高壓側(cè)實(shí)際測(cè)量電壓。

給定電壓與實(shí)際電壓經(jīng)過 PI 調(diào)節(jié)器得到換流器電感電流參考值iref，然后與電感電流測(cè)量值iL進(jìn)行比較得到誤差信號(hào)，經(jīng)PI調(diào)解后得到最終調(diào)制波，并將該參考波與一定頻率的三角載波進(jìn)行比較，得到雙向換流器的PWM脈沖信號(hào)。

通過該電路及控制可實(shí)現(xiàn)高壓側(cè)和低壓側(cè)儲(chǔ)能電池功率的雙向流動(dòng)，即儲(chǔ)能電池充電或放電運(yùn)行。

二、離線仿真

本次實(shí)驗(yàn)搭建整體光儲(chǔ)一體結(jié)構(gòu)模型如圖所示，模型主要包括光伏電池、boost電路、儲(chǔ)能及雙向DC/DC、并網(wǎng)逆變器等。

模型中，儲(chǔ)能采用直流電壓控制，直流電壓參考值設(shè)置為 500V，光伏前級(jí)boost升壓部分始終以MPPT模式運(yùn)行；并網(wǎng)逆變器采用PQ控制，給定額定功率100kW。當(dāng)光伏輸出功率低于100kW時(shí)由儲(chǔ)能補(bǔ)充缺額功率，高于100kW時(shí)多余的功率給儲(chǔ)能進(jìn)行充電。

運(yùn)行光儲(chǔ)互補(bǔ)模型，0.2s 啟動(dòng)電池和光伏控制，0.4s啟動(dòng)逆變器控制。為驗(yàn)證光儲(chǔ)互補(bǔ)系統(tǒng)整體控制性能，給定光照強(qiáng)度分別為1000 - 1200 - 1000 - 800（W/㎡），得到仿真結(jié)果如圖：

從波形可以看出：在 0.4s 時(shí)，并網(wǎng)控制啟動(dòng)后，直流側(cè)電壓在極短時(shí)間內(nèi)被調(diào)整到和參考電壓同一值，并網(wǎng)逆變器為100kW，且后續(xù)光照強(qiáng)度變化，系統(tǒng)也能快速跟隨變化并維持穩(wěn)定。

三、EasyGo 實(shí)時(shí)仿真

EGBox Mini產(chǎn)品系列是基于CPU+FPGA硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)的一體式緊湊型實(shí)時(shí)仿真產(chǎn)品，屬于EGBox系列實(shí)時(shí)仿真器的入門級(jí)產(chǎn)品。其不同型號(hào)可完成硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)（HIL）或者快速控制原型系統(tǒng)（RCP）。將控制模型和拓?fù)淠Ｐ头謩e通過仿真上位機(jī)部署進(jìn)兩個(gè)實(shí)時(shí)仿真器（EGBox Mini），整體架構(gòu)如下圖所示：

設(shè)置額定功率 100kW，直流電壓為500V，光照強(qiáng)度為1000W/㎡，溫度為25℃。

打開 Bat 和PV開關(guān)，光伏電壓電流相應(yīng)發(fā)生變化，Vdc快速達(dá)到500V。接著打開VSC開關(guān)，光伏輸出功率PV_pwer小于100kW，由儲(chǔ)能補(bǔ)充缺額功率，V_Bat值相應(yīng)增大，有功功率P值被控到設(shè)定值100kW。

光照強(qiáng)度依次調(diào)整為 1000 - 1200 - 1000 - 800（W/㎡），光伏電壓V_PV和光伏電流V_I相應(yīng)變化。

可以觀察到：啟動(dòng)電池和光伏控制后，直流側(cè)電壓在極短時(shí)間內(nèi)被調(diào)整到參考電壓值；啟動(dòng)并網(wǎng)后，有功功率 P 值被控到設(shè)定值100kW，且后續(xù)光照強(qiáng)度變化，系統(tǒng)也能快速跟隨變化并維持穩(wěn)定。

基于EasyGo實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)的光儲(chǔ)一體系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真就分享到這里了，歡迎感興趣的工程師們留言溝通。