多能源混合篇:独立光储互补直流系统实时仿真

光储互补直流系统作为直流微电网的重要拓扑形式,搭载智能控制策略融合光伏与储能模块,有效解决光伏电池输出功率受外界条件影响而产生的波动问题,实现功率供需平衡与直流电压稳定控制。

本篇中我们基于 EasyGo 实时仿真器 EGBox Mini,对独立光储互补直流系统进行了仿真实验。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互补直流系统的仿真模拟

 

 

独立光储互补直流系统

 

 

独立光储互补直流系统是将光伏电池、储能模组与直流负载结合的直流微电网拓扑,光伏电池经单向 DC/DC 变换器、储能模组经双向 DC/DC 变换器接入直流母线,适配直流微电网独立供电场景。

为提高太阳能的利用率,大部分情况下,光伏通常工作在最大功率处。当直流负载固定或变化时,光伏功率会有波动,通过加入储能单元进行功率调节。当光伏发出的功率大于负载功率时,为维持直流电压恒定,多余功率给储能充电。反之,当光伏发出的功率小于负载功率时,储能放电补充缺额功率。

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光伏通过boost电路实现最大功率跟踪,跟踪算法采用扰动观察法。储能通过双向DC/DC升降压电路实现充放电,整体电路结构如图。

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系统的整体拓扑结构如下图所示:

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离线仿真

 

 

 

搭建光储互补模型如下图所示,光伏DC/DC(boost电路)的主要作用是实现光伏出口电压的升压以及最大功率跟踪。这里最大功率跟踪采用最常用的扰动观察法(P&O),该方法实现过程简单,跟踪速度快。

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光伏额定功率20kW(光照1000W/㎡,温度25),直流侧负载为纯电阻性负载,大小为12Ω;储能部分通过半桥双向DC/DC升降压电路与负载直流侧连接,DC/DC控制采用双闭环控制,外环直流电压给定值为500。

光伏电池开路电压44.2V,短路电流5.2A,最大功率处电压35.2V,最大功率处电流4.95A,整体串联块数为10,并联块数为12。

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为维持逆变器直流侧电压恒定,外环采用定直流电压控制。

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运行模型,0.1s启动电池控制,0.2s启动光伏控制,直流侧电压参考值设定为500V,设置光伏光照强度按1000-800-1000-1200W/㎡的顺序变化,直流侧负载12Ω,直流侧电压恒定,则负载功率P=500*500/12=20.83kW,仿真结果如下。

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从波形可以看出:在光伏和电池控制启动后,Vdc在短时间被控制到设定值500V。在光照强度为1000W/㎡和800W/㎡时,电池放电;光照强度达到1200W/㎡时,电池充电。

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)。
控制模型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:
平台架构.png

外环直流电压给定值为500V,光照强度1000W/㎡,温度25℃。

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从波形可以看出,在光伏和电池控制启动后,Vdc在短时间被控制到500V。

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在光照强度分别为800W/㎡和1200W/㎡时,光伏发电功率降低,电压电流相应变化。

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可以观察到:在光伏和电池控制启动后,Vdc在短时间被控制到设定值500V。在光照强度为1000W/㎡和800W/㎡时,电池放电;在光照强度达到1200W/㎡时,电池充电。光照强度变化时,系统也能快速跟随变化,并维持电压的稳定,与离线结果一致。

基于EasyGo 实时仿真平台的独立光储互补直流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。

 

 

 

 

 

 

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2026年4月13日 17:59
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