储能发电系统篇：光储直流并网系统实时仿真

光储一体系统将光伏发电与储能技术相结合，可实现清洁能源的高效存储与稳定输出，提升能源利用效率和供电可靠性，助力能源转型与可持续发展。本篇中我们基于 EasyGo 实时仿真器EGBox Mini，对光储直流并网系统进行仿真实验。

通过与离线实验对比，可以看到EasyGo实时仿真设备具备良好的仿真效果，在实际科研/教学中可以替代真实设备进行光储直流并网系统的仿真模拟，进一步验证了Easygo仿真平台的准确性与可靠性。

一、光储一体系统

光储一体系统的控制一般采用储能控直流电压，并网换流器控功率的模式，并网换流器可以设置一个合适的功率，通过光储系统使并网点功率始终维持恒定。

前级 DC/DC 控制采用直流母线电压外环，电流内环的双闭环控制（或单闭环直流母线电压控制）。

后级 DC/AC 并网换流器采用顶功率的双闭环控制，外环为PQ控制，内环为电流环控制。

系统的整体拓扑结构如下图所示：

外环逆变侧直流电压与给定直流电压进行比较，误差经过 PI，作为内环d轴电流环参考值id_ref，然后与d轴电流实际值id进行比较，经过PI，得到脉冲生成信号Ud；电流环q轴参考值iq_ref与实际值iq进行比较，经过PI，得到脉冲生成信号Uq（为使并网效率最高，一般iq_ref 给定为0）。

在电压跌落时，切换为基于内环 id、iq给定的控制（光伏低电压穿越控制仿真研究），整体控制部分模型如下：

储能 DC/DC 定直流电压控制中，Udc_ref为设定(参考)电压，Udc为DC/DC高压侧实际测量电压。

给定电压与实际电压经过 PI 调节器得到换流器电感电流参考值iref，然后与电感电流测量值iL进行比较得到误差信号，经PI调解后得到最终调制波，并将该参考波与一定频率的三角载波进行比较，得到双向换流器的PWM脉冲信号。

通过该电路及控制可实现高压侧和低压侧储能电池功率的双向流动，即储能电池充电或放电运行。

二、离线仿真

本次实验搭建整体光储一体结构模型如图所示，模型主要包括光伏电池、boost电路、储能及双向DC/DC、并网逆变器等。

模型中，储能采用直流电压控制，直流电压参考值设置为 500V，光伏前级boost升压部分始终以MPPT模式运行；并网逆变器采用PQ控制，给定额定功率100kW。当光伏输出功率低于100kW时由储能补充缺额功率，高于100kW时多余的功率给储能进行充电。

运行光储互补模型，0.2s 启动电池和光伏控制，0.4s启动逆变器控制。为验证光储互补系统整体控制性能，给定光照强度分别为1000 - 1200 - 1000 - 800（W/㎡），得到仿真结果如图：

从波形可以看出：在 0.4s 时，并网控制启动后，直流侧电压在极短时间内被调整到和参考电压同一值，并网逆变器为100kW，且后续光照强度变化，系统也能快速跟随变化并维持稳定。

三、EasyGo 实时仿真

EGBox Mini产品系列是基于CPU+FPGA硬件架构设计的一体式紧凑型实时仿真产品，属于EGBox系列实时仿真器的入门级产品。其不同型号可完成硬件在环测试系统（HIL）或者快速控制原型系统（RCP）。将控制模型和拓扑模型分别通过仿真上位机部署进两个实时仿真器（EGBox Mini），整体架构如下图所示：

设置额定功率 100kW，直流电压为500V，光照强度为1000W/㎡，温度为25℃。

打开 Bat 和PV开关，光伏电压电流相应发生变化，Vdc快速达到500V。接着打开VSC开关，光伏输出功率PV_pwer小于100kW，由储能补充缺额功率，V_Bat值相应增大，有功功率P值被控到设定值100kW。

光照强度依次调整为 1000 - 1200 - 1000 - 800（W/㎡），光伏电压V_PV和光伏电流V_I相应变化。

可以观察到：启动电池和光伏控制后，直流侧电压在极短时间内被调整到参考电压值；启动并网后，有功功率 P 值被控到设定值100kW，且后续光照强度变化，系统也能快速跟随变化并维持稳定。

基于EasyGo实时仿真平台的光储一体系统实时仿真就分享到这里了，欢迎感兴趣的工程师们留言沟通。