储能发电系统篇：双级式超级电容并网实时仿真

超级电容凭借高功率密度、快充快放特性，在电网短时功率支撑、调频调峰等场景中发挥关键作用，其并网控制性能直接决定储能系统运行效率。本篇中我们基于 EasyGo 实时仿真器EGBox Mini，对双级式超级电容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双级式超级电容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、超级电容并网系统

超级电容并网根据拓扑结构可分为单级式和双级式拓扑。单级式超级电容并网系统中，一般换流器直流侧直接为超级电容电池，经 DC/AC接入电网；双级式拓扑通常前级采用半桥式双向升降压DC/DC电路，后级采用三相全桥DC/AC逆变电路，可实现电压分级变换与功率解耦控制。

本文中为双级式超级电容并网模型，其拓扑如图。

双级式超级电容并网与单级式相比，虽结构更复杂，但前、后级可独立控制，控制方法更简单。同时，前级 DC/DC 变换器可选用不同拓扑，适配不同电池输入电压，应用更灵活。

双级式超级电容并网大体可以分为两种控制方式：

▷前级DC/DC采用功率外环、电流内环双闭环控制，超级电容输出或吸收功率由前级完成；后级变流器采用直流电压外环、电流内环双闭环控制，电压外环稳定直流母线电压，电流内环实现交流侧有功与无功调节。

▷前级DC/DC采用直流母线电压外环、电流内环双闭环控制（或单闭环直流母线电压控制）；后级变流器采用功率外环、电流内环双闭环控制，超级电容功率由后级控制。

系统整体拓扑结构如下图所示：

二、离线仿真

本次实验搭建双级式超级电容并网模型如图：本模型采用工程中更常用的超级电容稳压控制方式，前级 DC/DC 采用双闭环控制，后级采用直接PQ控制。

前级 DC/DC（Boost电路）稳定直流侧电压，后级DC/AC实现超级电容充放电功率控制。系统额定功率50kW，并网电压380V，DC/DC高压侧参考电压800V。

运行模型，超级电容器 DC/DC 在0.1s启动控制，VSC在0.2s启动控制。

Vdc 给定值设为800V；有功给定值初始为0.8，在0.5s变换为-0.8；无功给定值初始为0.4，在1.5s变换为-0.4。仿真结果如图。

从波形可以看出：在 0.2s 时，VSC控制启动后，Vdc在短时间被控制到设定值800V，有功功率和无功功率也都稳定在设定值，在0.5s和1.5s设定值变化后，系统也能快速跟随变化。

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。

实时模型参数与离线模型一致，设定超级电容DC/DC 高压侧参考电压800V，有功初始给定0.8，无功初始给定0.4。

超级电容器 DC/DC 和VSC控制启动后，Vdc在短时间被控制到设定值800V，有功、无功功率稳定跟踪给定值。

当 P 设定值由0.8变为-0.8，Q设定值由0.4变为-0.4后，系统能快速跟随变化。

可以观测到：超级电容器 DC/DC VSC 控制启动后，Vdc在短时间被控制到设定值800V，有功功率和无功功率也都稳定在设定值。在其设定值变化后，实时模型响应迅速，电压、电流、功率波形与离线结果高度一致。

实验证明，EasyGo 实时仿真平台可精准复现双级式超级电容并网动态过程，仿真结果准确可靠，能够替代真实设备完成控制算法验证、动态性能测试与系统调试。

基于EasyGo实时仿真平台的双级式超级电容并网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。