超級(jí)電容憑借高功率密度、快充快放特性，在電網(wǎng)短時(shí)功率支撐、調(diào)頻調(diào)峰等場(chǎng)景中發(fā)揮關(guān)鍵作用，其并網(wǎng)控制性能直接決定儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行效率。本篇中我們基于 EasyGo 實(shí)時(shí)仿真器EGBox Mini，對(duì)雙級(jí)式超級(jí)電容并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

通過(guò)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)行雙級(jí)式超級(jí)電容并網(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、超級(jí)電容并網(wǎng)系統(tǒng)

超級(jí)電容并網(wǎng)根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為單級(jí)式和雙級(jí)式拓?fù)?。單?jí)式超級(jí)電容并網(wǎng)系統(tǒng)中，一般換流器直流側(cè)直接為超級(jí)電容電池，經(jīng) DC/AC接入電網(wǎng)；雙級(jí)式拓?fù)渫ǔＧ凹?jí)采用半橋式雙向升降壓DC/DC電路，后級(jí)采用三相全橋DC/AC逆變電路，可實(shí)現(xiàn)電壓分級(jí)變換與功率解耦控制。

本文中為雙級(jí)式超級(jí)電容并網(wǎng)模型，其拓?fù)淙鐖D。

雙級(jí)式超級(jí)電容并網(wǎng)與單級(jí)式相比，雖結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，但前、后級(jí)可獨(dú)立控制，控制方法更簡(jiǎn)單。同時(shí)，前級(jí) DC/DC 變換器可選用不同拓?fù)洌m配不同電池輸入電壓，應(yīng)用更靈活。

雙級(jí)式超級(jí)電容并網(wǎng)大體可以分為兩種控制方式：

?前級(jí)DC/DC采用功率外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)控制，超級(jí)電容輸出或吸收功率由前級(jí)完成；后級(jí)變流器采用直流電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)控制，電壓外環(huán)穩(wěn)定直流母線電壓，電流內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)交流側(cè)有功與無(wú)功調(diào)節(jié)。

?前級(jí)DC/DC采用直流母線電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)控制（或單閉環(huán)直流母線電壓控制）；后級(jí)變流器采用功率外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)控制，超級(jí)電容功率由后級(jí)控制。

系統(tǒng)整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示：

二、離線仿真

本次實(shí)驗(yàn)搭建雙級(jí)式超級(jí)電容并網(wǎng)模型如圖：本模型采用工程中更常用的超級(jí)電容穩(wěn)壓控制方式，前級(jí) DC/DC 采用雙閉環(huán)控制，后級(jí)采用直接PQ控制。

前級(jí) DC/DC（Boost電路）穩(wěn)定直流側(cè)電壓，后級(jí)DC/AC實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容充放電功率控制。系統(tǒng)額定功率50kW，并網(wǎng)電壓380V，DC/DC高壓側(cè)參考電壓800V。

運(yùn)行模型，超級(jí)電容器 DC/DC 在0.1s啟動(dòng)控制，VSC在0.2s啟動(dòng)控制。

Vdc 給定值設(shè)為800V；有功給定值初始為0.8，在0.5s變換為-0.8；無(wú)功給定值初始為0.4，在1.5s變換為-0.4。仿真結(jié)果如圖。

從波形可以看出：在 0.2s 時(shí)，VSC控制啟動(dòng)后，Vdc在短時(shí)間被控制到設(shè)定值800V，有功功率和無(wú)功功率也都穩(wěn)定在設(shè)定值，在0.5s和1.5s設(shè)定值變化后，系統(tǒng)也能快速跟隨變化。

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(mén)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(guò)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。

實(shí)時(shí)模型參數(shù)與離線模型一致，設(shè)定超級(jí)電容DC/DC 高壓側(cè)參考電壓800V，有功初始給定0.8，無(wú)功初始給定0.4。

超級(jí)電容器 DC/DC 和VSC控制啟動(dòng)后，Vdc在短時(shí)間被控制到設(shè)定值800V，有功、無(wú)功功率穩(wěn)定跟蹤給定值。

當(dāng) P 設(shè)定值由0.8變?yōu)?0.8，Q設(shè)定值由0.4變?yōu)?0.4后，系統(tǒng)能快速跟隨變化。

可以觀測(cè)到：超級(jí)電容器 DC/DC VSC 控制啟動(dòng)后，Vdc在短時(shí)間被控制到設(shè)定值800V，有功功率和無(wú)功功率也都穩(wěn)定在設(shè)定值。在其設(shè)定值變化后，實(shí)時(shí)模型響應(yīng)迅速，電壓、電流、功率波形與離線結(jié)果高度一致。

實(shí)驗(yàn)證明，EasyGo 實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)可精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)雙級(jí)式超級(jí)電容并網(wǎng)動(dòng)態(tài)過(guò)程，仿真結(jié)果準(zhǔn)確可靠，能夠替代真實(shí)設(shè)備完成控制算法驗(yàn)證、動(dòng)態(tài)性能測(cè)試與系統(tǒng)調(diào)試。

基于EasyGo實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)的雙級(jí)式超級(jí)電容并網(wǎng)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。