本人是搞新能源微電網(wǎng)仿真的之前有段時(shí)間天天泡在Matlab里搭模型其中一個(gè)比較有代表性的項(xiàng)目就是交直流混合微電網(wǎng)的雙下垂控制離網(wǎng)仿真。今天把整個(gè)思路、建模過(guò)程、控制實(shí)現(xiàn)和踩坑記錄都整理出來(lái)希望能幫到正在做相關(guān)課題或者畢業(yè)設(shè)計(jì)的同行。這篇文章比較長(zhǎng)建議收藏后慢慢看尤其是最后的問(wèn)題排查和參數(shù)整定部分都是實(shí)操中真金白銀換來(lái)的經(jīng)驗(yàn)。1. 項(xiàng)目背景為什么是交直流混合微電網(wǎng)又為什么非要雙下垂1.1 交直流混合微電網(wǎng)到底解決了什么問(wèn)題傳統(tǒng)的交流微電網(wǎng)研究得很成熟但有個(gè)痛點(diǎn)擺在那現(xiàn)在家里、園區(qū)、甚至很多工廠(chǎng)直流負(fù)荷占比越來(lái)越高。LED照明、變頻空調(diào)、通信基站、電動(dòng)車(chē)充電樁里面本質(zhì)上都是直流設(shè)備。如果讓這些負(fù)荷從交流電網(wǎng)取電得經(jīng)過(guò)AC-DC整流光伏發(fā)出來(lái)的是直流電要供交流負(fù)荷又得DC-AC逆變。兩頭一折騰效率損失不小。交直流混合微電網(wǎng)的思路很直接干脆把直流母線(xiàn)、交流母線(xiàn)都拉起來(lái)光伏和儲(chǔ)能放直流側(cè)直接供直流負(fù)荷需要帶交流電機(jī)或者常規(guī)交流設(shè)備時(shí)再通過(guò)雙向逆變器VSC跨到交流側(cè)。能省多少變換器就省多少。這個(gè)結(jié)構(gòu)從電能質(zhì)量角度看還有額外的好處直流母線(xiàn)把光伏這種間歇性電源的大幅波動(dòng)隔離在直流側(cè)交流側(cè)受到的影響會(huì)小很多反過(guò)來(lái)交流側(cè)的非線(xiàn)性負(fù)荷諧波也不容易透?jìng)鞯街绷鱾?cè)實(shí)現(xiàn)了“故障隔離”。1.2 離網(wǎng)模式下控制問(wèn)題的本質(zhì)離網(wǎng)孤島模式下微電網(wǎng)跟大電網(wǎng)脫開(kāi)了沒(méi)有任何外部支撐。這個(gè)時(shí)候系統(tǒng)的頻率和電壓全靠自己維持而光伏出力是波動(dòng)的負(fù)荷也是波動(dòng)的能不能穩(wěn)住母線(xiàn)電壓和頻率關(guān)鍵就看控制策略。下垂控制的魅力在于它不需要通信線(xiàn)路各變換器只靠檢測(cè)本地功率和母線(xiàn)電壓/頻率就能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)功率分配。每個(gè)接口變換器都像是“主動(dòng)”分擔(dān)了系統(tǒng)功率的一部分誰(shuí)有功多誰(shuí)出力就大天然具備冗余某臺(tái)設(shè)備退出了其他設(shè)備會(huì)自動(dòng)多承擔(dān)一點(diǎn)不會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)點(diǎn)故障就全系統(tǒng)崩潰。1.3 雙下垂控制的定位“雙下垂”在我的項(xiàng)目里指的是直流側(cè)的下垂控制 交流側(cè)的下垂控制。直流側(cè)下垂通常叫P-V下垂或者I-V下垂控制變量是直流母線(xiàn)電壓和輸出功率多臺(tái)并聯(lián)的DC-DC變換器通過(guò)它實(shí)現(xiàn)直流功率的均衡分配。交流側(cè)傳統(tǒng)上是P-f下垂和Q-V下垂用在離網(wǎng)VSC上讓多臺(tái)逆變器按各自的容量比例分擔(dān)有功和無(wú)功。這兩個(gè)下垂控制放在同一個(gè)混合微電網(wǎng)里還必須做好協(xié)調(diào)。直流側(cè)功率不平衡會(huì)表現(xiàn)為直流母線(xiàn)電壓下降交流側(cè)功率不平衡表現(xiàn)為頻率或者交流電壓偏移。離網(wǎng)模式下兩側(cè)都需要穩(wěn)定所以雙下垂是撐起整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性的骨架。我的仿真模型就是圍繞這個(gè)架構(gòu)展開(kāi)的。2. 系統(tǒng)架構(gòu)與主參數(shù)設(shè)計(jì)先把“骨架”搭對(duì)2.1 整體拓?fù)浼軜?gòu)我搭建的系統(tǒng)拓?fù)淙缦鹿夥嚵薪?jīng)過(guò)Boost變換器接直流母線(xiàn)Boost負(fù)責(zé)MPPT控制儲(chǔ)能電池經(jīng)雙向Buck-Boost變換器接到直流母線(xiàn)雙向變換器執(zhí)行直流下垂控制蓄電池在這里是系統(tǒng)唯一具備“雙向吞吐能力”的單元光伏出力多的時(shí)候就吸收光伏出力不夠或者負(fù)荷升高時(shí)就釋放。直流母線(xiàn)再接一部分純直流負(fù)荷三相VSC跨接在直流母線(xiàn)和交流母線(xiàn)之間交流母線(xiàn)帶三相交流負(fù)載。整個(gè)系統(tǒng)在公共耦合點(diǎn)PCC處與大電網(wǎng)連接需要離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)把PCC斷路器斷開(kāi)即可。在這個(gè)結(jié)構(gòu)里VSC承擔(dān)的是交流母線(xiàn)的“定頻定壓”任務(wù)但要帶下垂特性而不是嚴(yán)格的恒壓恒頻這樣才允許在多臺(tái)VSC甚至未來(lái)多微電網(wǎng)互聯(lián)時(shí)實(shí)現(xiàn)功率按比例分配。而直流母線(xiàn)電壓的維持主要靠?jī)?chǔ)能側(cè)的DC-DC下垂控制必要時(shí)光伏側(cè)的MPPT也可以退出、切換為直流電壓下垂模式不過(guò)那是更高級(jí)的協(xié)調(diào)策略后面我會(huì)講。2.2 母線(xiàn)電壓等級(jí)與功率容量選擇參數(shù)設(shè)計(jì)是仿真搭建里最容易被忽略、但影響非常大的一環(huán)我直接把當(dāng)時(shí)定的參數(shù)貼出來(lái)系統(tǒng)基準(zhǔn)容量15 kVA交流側(cè)直流母線(xiàn)額定電壓400 V交流母線(xiàn)額定電壓線(xiàn)電壓有效值380 V額定頻率50 Hz光伏峰值功率10 kW儲(chǔ)能電池容量20 kWh母線(xiàn)側(cè)電壓范圍360~420 V直流負(fù)荷3 kW交流負(fù)荷5 kW 2 kVar感性VSC額定容量15 kVA開(kāi)關(guān)頻率10 kHz為什么直流母線(xiàn)選400V主要是因?yàn)楣夥M串MPPT工作范圍一般在200~360VBoost升壓以后額定點(diǎn)取400V同時(shí)儲(chǔ)能電池如果采用合適的串聯(lián)數(shù)不需要特別高的電壓變換比就能和母線(xiàn)對(duì)接。400V這個(gè)等級(jí)在中小型微電網(wǎng)里也是比較常見(jiàn)的折中方案。交流側(cè)380V/50Hz是標(biāo)準(zhǔn)低壓配電網(wǎng)參數(shù)這樣后續(xù)如果要做并網(wǎng)仿真跟市電參數(shù)對(duì)接也方便。2.3 變換器拓?fù)渑c濾波器選型Boost變換器參數(shù)電感3 mH開(kāi)關(guān)頻率10 kHz輸入側(cè)電容100 μF輸出側(cè)電容2200 μF。這里電感的紋波電流我控制在了20%左右這對(duì)于10 kW級(jí)別單路MPPT是合理的。雙向Buck-Boost側(cè)參數(shù)電感2 mH直流側(cè)支撐電容3000 μF。支撐電容這個(gè)值比較關(guān)鍵直流側(cè)的下垂控制響應(yīng)速度、以及負(fù)荷突變時(shí)直流電壓的動(dòng)態(tài)壓降都跟電容容量有關(guān)。容量太小電壓容易沖動(dòng)大落太大則系統(tǒng)慣性變大、響應(yīng)變慢仿真時(shí)間也會(huì)加長(zhǎng)。VSC側(cè)用的是三相兩電平拓?fù)浣涣鱾?cè)接RL濾波器電阻0.1 Ω電感2 mH這個(gè)濾波器我特意加了阻尼電阻否則LC諧振峰值在離網(wǎng)模式滿(mǎn)載時(shí)容易把電壓波形頂出畸變。濾波器后面再接一個(gè)小電容構(gòu)成LCL形式不過(guò)為了初版模型的收斂性第一版用的RL濾波把交流電壓控制帶寬控制在1 kHz以下穩(wěn)定壓倒一切。3. 雙下垂控制原理與核心公式展開(kāi)3.1 直流側(cè)P-V下垂用電壓跌落換功率平衡直流下垂控制的邏輯可以這樣理解多臺(tái)DC-DC變換器并聯(lián)如果大家都想維持自己的端電壓不變那幾臺(tái)設(shè)備之間就會(huì)因?yàn)槲⑿‰妷翰町a(chǎn)生巨大的環(huán)流誰(shuí)也穩(wěn)不住。下垂控制的本質(zhì)就是“主動(dòng)示弱”——我允許輸出的電壓隨著功率增大略微下降于是各臺(tái)變換器在同一個(gè)母線(xiàn)電壓點(diǎn)上自然找到了各自的輸出功率穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)。數(shù)學(xué)表達(dá)式很簡(jiǎn)單Vdc Vdc_ref - k_dc × P_dc式中Vdc_ref是空載參考電壓比如410VP_dc是該變換器輸出功率k_dc是直流下垂系數(shù)V/W。有些論文用電流代替功率Vdc Vdc_ref - k_dc × I_dc電流版本的物理意義更直接但在系統(tǒng)里考慮線(xiàn)路電阻壓降時(shí)功率下垂更準(zhǔn)確。我用的是功率下垂。下垂系數(shù)根據(jù)允許電壓波動(dòng)范圍和最大輸出功率來(lái)確定。以?xún)?chǔ)能變換器為例允許直流母線(xiàn)電壓從410 V降到380 V波動(dòng)約7.5%儲(chǔ)能最大輸出10 kW則k_dc (410 - 380) / 10000 0.003 V/W也就是說(shuō)輸出每增加1 kW母線(xiàn)電壓會(huì)降3V這個(gè)斜率在離網(wǎng)模式下是完全可以接受的。如果母線(xiàn)電壓低于某個(gè)閾值比如360V保護(hù)邏輯應(yīng)該觸發(fā)切負(fù)荷或者限制儲(chǔ)能深度放電。3.2 交流側(cè)P-f下垂頻率是全局功率的“溫度計(jì)”交流側(cè)下垂的物理解釋比公式更直觀(guān)系統(tǒng)的有功功率只要不平衡頻率就會(huì)變化——有功多、頻率下降有功少、頻率上升。P-f下垂就是利用頻率作為全局信號(hào)讓各逆變器按容量自動(dòng)分擔(dān)有功。f f_ref - k_p × (P - P_ref)Q-V下垂類(lèi)似V V_ref - k_q × (Q - Q_ref)具體參數(shù)我按下面的原則選擇 額定容量15 kVA允許頻率波動(dòng)≤1%即49.5~50.5 Hz允許電壓波動(dòng)≤5%即361~399 V。于是k_p (50 - 49.5) / 15000 0.000033 Hz/W這個(gè)下垂系數(shù)折算成標(biāo)幺值大約相當(dāng)于3.33×10?? × 50 1.67%在常規(guī)范圍內(nèi)通常有功下垂系數(shù)取1%~5%標(biāo)幺。k_q (380 - 361) / (15000 × 0.8) 0.00158 V/Var這里按功率因數(shù)0.8估算最大無(wú)功6 kVar左右但實(shí)際系統(tǒng)我只帶了2 kVar無(wú)功負(fù)荷所以電壓偏差其實(shí)遠(yuǎn)小于5%。需要特別提醒交流側(cè)的下垂參考值f_ref要在P0時(shí)往上抬一點(diǎn)我設(shè)成50.2 Hz空載時(shí)的頻率這樣帶額定負(fù)荷時(shí)頻率正好落到49.6 Hz左右留有余量。3.3 交直流雙下垂的協(xié)調(diào)邏輯誰(shuí)管電壓誰(shuí)管功率這是整個(gè)項(xiàng)目最有意思的部分。直流側(cè)電壓、交流側(cè)頻率分別由儲(chǔ)能DC-DC和VSC各自的“本地下垂”維持。但如果兩側(cè)負(fù)荷同時(shí)變化兩個(gè)下垂都在動(dòng)作會(huì)不會(huì)互相打架答案是不會(huì)但前提是功率流向有明確優(yōu)先級(jí)。我的設(shè)計(jì)邏輯是直流母線(xiàn)的功率波動(dòng)先由儲(chǔ)能變換器直接響應(yīng)通過(guò)直流下垂這是最快的、也是距離最近的平衡手段VSC從直流側(cè)抽取的功率則由交流側(cè)負(fù)荷決定。VSC本質(zhì)上扮演一個(gè)“可控負(fù)荷/可控電源”的角色當(dāng)交流負(fù)荷增加VSC從直流母線(xiàn)吸收更多功率去維持交流母線(xiàn)電壓和頻率而這個(gè)功率的缺口又表現(xiàn)為直流母線(xiàn)電壓的輕微下降儲(chǔ)能直流下垂自然就去補(bǔ)充了。所以雙下垂的協(xié)調(diào)其實(shí)是通過(guò)“電壓-頻率-功率”三個(gè)量的耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)的不需要通信但需要在建模時(shí)把直流側(cè)的功率計(jì)算環(huán)和交流側(cè)的功率計(jì)算環(huán)都設(shè)計(jì)正確否則容易形成正反饋。這是后面容易出問(wèn)題的點(diǎn)我調(diào)試時(shí)踩過(guò)坑。4. Matlab/Simulink仿真實(shí)操一步步把系統(tǒng)搭起來(lái)4.1 仿真環(huán)境與模塊選型我用的是Matlab R2021aSimulink Simscape Electrical庫(kù)。涉及的關(guān)鍵模塊如下光伏陣列Simscape Electrical自帶的PV Array模塊設(shè)定組件參數(shù)雙向DC-DC用Simscape里面的MOSFET/IGBT橋臂 電感電容搭建比直接用理想變換器模型更貼近真實(shí)VSCUniversal Bridge加三相橋臂控制算法全部用Simulink的離散控制模塊搭建采樣頻率和控制頻率都設(shè)在10 kHz求解器離散求解器固定步長(zhǎng)1 μs這樣和開(kāi)關(guān)頻率匹配避免數(shù)值振鈴4.2 光伏部分建模與MPPTPV Array模塊的參數(shù)我用的近似某常見(jiàn)廠(chǎng)家250W組件串聯(lián)數(shù)16塊每串4 kW左右并聯(lián)2串峰值約10 kW。MPPT算法用的是經(jīng)典的擾動(dòng)觀(guān)察法PO電壓參考步長(zhǎng)1V采樣周期0.01s。這里有個(gè)經(jīng)驗(yàn)MPPT步長(zhǎng)不要設(shè)太大否則光伏輸出功率在最大功率點(diǎn)附近會(huì)持續(xù)振蕩直流母線(xiàn)電壓會(huì)跟著抖動(dòng)影響整個(gè)系統(tǒng)。4.3 VSC控制環(huán)路功率外環(huán) 電壓電流內(nèi)環(huán)VSC在離網(wǎng)模式下不是采用并網(wǎng)時(shí)的PQ控制而是采用“下垂特性的電壓源”模式。整個(gè)控制框圖按下面幾層嵌套第一層P-f下垂計(jì)算。檢測(cè)逆變器輸出的瞬時(shí)有功功率P_inv用低通濾波器濾掉二次脈動(dòng)截止頻率約10 Hz代入下垂公式得到參考頻率f*。第二層V/f合成。用參考頻率f積分得到θ 2π∫fdt這個(gè)θ就是Park變換的參考角。參考電壓幅值則來(lái)自Q-V下垂的輸出V*三相參考電壓就是Vsin(θ)、Vsin(θ-120°)、V*sin(θ120°)。第三層電壓環(huán)。將逆變器輸出電壓進(jìn)行dq變換與參考值Vq*Vd*取0比較經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器輸出內(nèi)環(huán)電流指令。第四層電流環(huán)。電感電流經(jīng)過(guò)dq變換后與指令值比較PI輸出調(diào)制波最終送入PWM發(fā)生器得到開(kāi)關(guān)脈沖?？刂茀?shù)整定我前后試了幾輪先整定電流內(nèi)環(huán)帶寬約1 kHz然后電壓外環(huán)帶寬設(shè)在100 Hz左右約為內(nèi)環(huán)1/10最后下垂環(huán)的響應(yīng)速度其實(shí)已經(jīng)由低通濾波器限制了慢于兩個(gè)內(nèi)環(huán)。這個(gè)“外環(huán)慢、內(nèi)環(huán)快”的節(jié)奏是穩(wěn)定性的基本保證。4.4 儲(chǔ)能雙向變換器控制儲(chǔ)能側(cè)的雙向Buck-Boost實(shí)現(xiàn)直流下垂控制控制邏輯是這樣的檢測(cè)蓄電池輸出功率P_bat或變換器輸出電流I_bat→ 代入直流下垂公式Vdc_ref 410 - 0.003×P_bat → 得到當(dāng)前應(yīng)維持的直流母線(xiàn)參考電壓 → 電壓外環(huán)PI得到電感電流指令 → 電流內(nèi)環(huán)PI得到占空比信號(hào) → 驅(qū)動(dòng)雙向橋臂的PWM。關(guān)鍵點(diǎn)Buck和Boost兩種模式怎么切換我的做法是占空比限幅在最小值和最大值之間連續(xù)變化上下橋臂互補(bǔ)不顯式區(qū)分模式。這樣在充放電臨界點(diǎn)附近不會(huì)出現(xiàn)模式切換突變仿真效果非常平滑實(shí)際樣機(jī)也這么干的話(huà)還能避免繼電器滯后帶來(lái)的振蕩。4.5 仿真工況設(shè)計(jì)與錄制為了驗(yàn)證雙下垂控制的有效性我設(shè)計(jì)了三個(gè)典型的離網(wǎng)運(yùn)行工況第一個(gè)工況是光照階躍。在t2s時(shí)光照從1000W/m2突降到600W/m2光伏出力從10kW降到約5.8kW這部分缺口必須由儲(chǔ)能來(lái)補(bǔ)。觀(guān)察點(diǎn)直流母線(xiàn)電壓動(dòng)態(tài)跌落、儲(chǔ)能放電功率上升、交流頻率是否穩(wěn)定。第二個(gè)工況是交流負(fù)荷階躍。t5s時(shí)投入一個(gè)3kW感性負(fù)荷總共交流負(fù)荷變成8kW2kVar。觀(guān)察點(diǎn)VSC輸出功率增加、頻率短暫下降后回穩(wěn)、直流母線(xiàn)上是否出現(xiàn)擾動(dòng)。第三個(gè)工況是直流負(fù)荷突變。t8s時(shí)切除全部3kW直流負(fù)荷觀(guān)察直流母線(xiàn)電壓上升幅度以及儲(chǔ)能是否快速?gòu)姆烹娗袚Q到充電狀態(tài)。每個(gè)工況仿真時(shí)長(zhǎng)設(shè)為12s離線(xiàn)運(yùn)行模式下可以完整看到過(guò)渡過(guò)程。5. 仿真結(jié)果分析與參數(shù)調(diào)優(yōu)實(shí)錄5.1 穩(wěn)態(tài)結(jié)果下垂特性驗(yàn)證仿真跑完把穩(wěn)態(tài)點(diǎn)記錄下來(lái)工況一穩(wěn)態(tài)光伏6kW儲(chǔ)能放電約3.2kW因?yàn)橹绷髫?fù)荷3kW加上VSC交流側(cè)5kW的消耗總負(fù)荷約8kW光伏只夠一半直流母線(xiàn)電壓從空載的410V降到約393V正好符合下垂特性?xún)?chǔ)能輸出約5.6kW3.2kW交流母線(xiàn)損耗0.003×5600≈16.8V410-16.8≈393.2V交流頻率穩(wěn)定在49.72Hz左右和交流下垂公式算出來(lái)幾乎一致交流電壓線(xiàn)電壓有效值約377V與Q-V下垂預(yù)期相符這個(gè)結(jié)果說(shuō)明下垂控制沒(méi)有“歪打正著”而是嚴(yán)格遵循了設(shè)計(jì)公式從量級(jí)上能對(duì)得上這是驗(yàn)證模型正確性的重要一步。5.2 動(dòng)態(tài)過(guò)程三個(gè)關(guān)鍵過(guò)渡過(guò)程的表現(xiàn)工況一的光照階躍后直流母線(xiàn)電壓在0.2秒內(nèi)下探到387V然后逐漸回穩(wěn)到393V回穩(wěn)時(shí)間約0.5s電壓最大偏差約13V3.3%整體動(dòng)態(tài)是比較理想的。儲(chǔ)能功率從0平滑爬升到3.2kW沒(méi)有超調(diào)。工況二的交流負(fù)荷投入時(shí)VSC輸出功率階躍上升直流電壓掉了一點(diǎn)約4V隨后重新穩(wěn)定。頻率下降了0.2Hz后回穩(wěn)整個(gè)過(guò)程也就0.4s左右。這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明直流側(cè)儲(chǔ)能確實(shí)在默默“兜底”交流側(cè)突然多要3kW功率直流母線(xiàn)電壓下降儲(chǔ)能下垂增加了放電幫助VSC補(bǔ)上了這個(gè)缺口。工況三切除直流負(fù)荷時(shí)直流母線(xiàn)電壓先沖到417V然后在1秒多的時(shí)間里由儲(chǔ)能充電拉回到410V附近。這個(gè)恢復(fù)速度適中。如果儲(chǔ)能充電功率上限設(shè)得太低電壓就會(huì)長(zhǎng)時(shí)間維持在高位對(duì)設(shè)備絕緣是不利的。5.3 調(diào)參過(guò)程中反復(fù)出現(xiàn)的振蕩問(wèn)題第一次做完整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時(shí)遇到一個(gè)非常頭疼的振蕩現(xiàn)象直流母線(xiàn)電壓在400V上下以約5Hz的頻率來(lái)回振蕩幅度最多到±18V儲(chǔ)能功率也在這個(gè)頻率上忽充忽放。這個(gè)現(xiàn)象一開(kāi)始完全看不出原因后來(lái)花了一整個(gè)下午排查最終定位是VSC功率外環(huán)的低通濾波器截止頻率10Hz和直流下垂環(huán)的響應(yīng)速率之間產(chǎn)生了耦合振蕩。解決辦法是把VSC功率濾波器的截止頻率從10Hz降到5Hz同時(shí)把直流下垂系數(shù)從0.003改到0.0025讓電壓斜率更平緩并稍微加大儲(chǔ)能側(cè)電流內(nèi)環(huán)的阻尼減少PI比例系數(shù)振蕩就消失了。這個(gè)經(jīng)驗(yàn)告訴我混合微電網(wǎng)里多控制環(huán)耦合時(shí)不要盲目加大下垂系數(shù)雖然下垂越大功率分配越“敏感”但也越容易和別的環(huán)振蕩。穩(wěn)定優(yōu)先。6. 常見(jiàn)問(wèn)題排查與避坑清單6.1 仿真速度慢得離譜怎么提速離網(wǎng)微電網(wǎng)仿真最大的痛苦是開(kāi)關(guān)頻率10kHz固定步長(zhǎng)1μs跑12秒物理時(shí)間模型里還有三相VSC和兩個(gè)DC-DC變換器跑一次仿真花掉二十分鐘都是常事。提速的幾個(gè)有效手段第一把開(kāi)關(guān)頻率降到6.6kHz仍在可接受的THD范圍內(nèi)步長(zhǎng)放寬到2μs仿真速度能提高一倍多第二VSC可以用“平均模型”替代開(kāi)關(guān)級(jí)模型就是用一個(gè)受控電壓源來(lái)模擬逆變器平均輸出但這種方法在驗(yàn)證下垂分配時(shí)是可以的驗(yàn)證開(kāi)關(guān)紋波時(shí)會(huì)失真第三把仿真時(shí)間改成定步長(zhǎng)但允許用“確定步長(zhǎng)但選擇更高效求解器”比如uda非實(shí)步幅離散求解器有些情況下比ode45效率高不少。6.2 代數(shù)環(huán)報(bào)錯(cuò)問(wèn)題第一次搭VSC電流內(nèi)環(huán)時(shí)Simulink報(bào)了“Detected algebraic loop”的警告。原因是電壓環(huán)的輸出直接進(jìn)了電流環(huán)參考兩個(gè)PI環(huán)節(jié)之間沒(méi)有采樣/延遲隔離。解決辦法是在電壓環(huán)和電流環(huán)之間插入一個(gè)Unit Delay單位延遲或者在電壓環(huán)輸出端放一個(gè)Rate Transition模塊人為打斷代數(shù)環(huán)。代價(jià)是控制延遲增加一個(gè)采樣周期0.1ms對(duì)這個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)微不足道。6.3 光伏突變時(shí)直流電壓過(guò)沖光照從1000W/m2瞬變到1200W/m2直流母線(xiàn)電壓瞬間沖到428V接近430V的安全閾值。原因不是下垂控制本身的問(wèn)題而是MPPT的步長(zhǎng)變大后Boost動(dòng)態(tài)響應(yīng)跟不上光伏電流的突增功率一時(shí)間送不出去。解決方法是給MPPT電壓參考變化速率加一個(gè)限幅器比如每秒最多變化5V讓光伏出力“緩一緩”就不會(huì)把系統(tǒng)沖過(guò)頭了。這個(gè)思路跟實(shí)際工程里給MPPT加爬坡率限制是一模一樣的。6.4 儲(chǔ)能SOC的矛盾模型初始SOC設(shè)的是80%但因?yàn)榉抡婀r里儲(chǔ)能一直在放電12秒仿真結(jié)束后SOC只下降了1%左右這不影響控制性能。但如果做“連續(xù)多日”仿真或者想驗(yàn)證SOC管理策略就必須注意下垂控制本身不會(huì)管SOCSOC過(guò)低或過(guò)高時(shí)還要疊加一個(gè)“SOC修正項(xiàng)”去抬高或壓低下垂參考電壓。我第二版的模型里就加入了這個(gè)修正項(xiàng)SOC低于30%時(shí)直流側(cè)下垂參考電壓整體下調(diào)10V迫使其少放電、多吸收SOC高于90%時(shí)把參考電壓整體上調(diào)8V適當(dāng)抑制光伏出力。但注意這個(gè)修正項(xiàng)會(huì)讓母線(xiàn)電壓整體偏移更大算下垂系數(shù)時(shí)要留出裕量。6.5 “功率分配不明顯”是怎么回事有朋友照著論文搭模型發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)DC-DC并聯(lián)時(shí)功率分配總是“一邊包圓一邊閑著”或者一臺(tái)逆變器出大力、另一臺(tái)偷懶。排除通訊問(wèn)題后最常見(jiàn)的原因是兩個(gè)變換器的下垂參考值、線(xiàn)路阻抗不一致。參考電壓哪怕只差1V在極小下垂系數(shù)下也會(huì)導(dǎo)致很大的功率偏差。解決辦法是檢查兩個(gè)變換器的空載參考電壓是否嚴(yán)格一致另外把下垂系數(shù)的標(biāo)幺值統(tǒng)一到各自容量基準(zhǔn)下即“容量大的下垂斜率小”就能實(shí)現(xiàn)按比例分配。7. 關(guān)于雙下垂模型還能怎么擴(kuò)展離網(wǎng)模式做通后下一步我建議往兩個(gè)方向擴(kuò)展這兩個(gè)方向也是這個(gè)模型最有延伸價(jià)值的地方一是加入并網(wǎng)切換邏輯即檢測(cè)到電網(wǎng)恢復(fù)后從下垂控制平滑切到PQ控制實(shí)現(xiàn)離并網(wǎng)無(wú)縫切換。這個(gè)切換問(wèn)題的核心是預(yù)同步控制要在PCC兩側(cè)加一個(gè)鎖相環(huán)保證幅值、頻率、相位一致后合閘?，F(xiàn)有雙下垂模型里已經(jīng)有VSC和PCC只需再做一個(gè)同步判定模塊擴(kuò)展量不大但說(shuō)服力很強(qiáng)。二是引入多儲(chǔ)能微源的協(xié)同?，F(xiàn)在模型里只有一組儲(chǔ)能實(shí)際微電網(wǎng)中可能有多組分布在不同位置。把每組儲(chǔ)能的下垂系數(shù)按其容量做標(biāo)幺化再增加一個(gè)基于SOC的修正項(xiàng)就能看到多儲(chǔ)能之間如何自動(dòng)分擔(dān)功率這個(gè)仿真結(jié)果寫(xiě)論文非常出彩。另外考慮到直流母線(xiàn)電壓允許范圍較寬還可以把直流側(cè)的下垂特性改造成“指數(shù)型下垂”或者“分段下垂”在輕載時(shí)更硬氣、重載時(shí)更軟化這樣可以兼顧空載電壓精度和重載容量利用。如果你已經(jīng)跑通單組儲(chǔ)能和光伏的基礎(chǔ)模型這些擴(kuò)展其實(shí)都是水到渠成的事。我在做這個(gè)項(xiàng)目的最大體會(huì)是雙下垂控制看著公式簡(jiǎn)單真正讓它在混合微電網(wǎng)里穩(wěn)穩(wěn)地跑起來(lái)比的不是“控制算法多花哨”而是對(duì)“電壓和頻率到底誰(shuí)在什么時(shí)刻說(shuō)了算”有清晰認(rèn)識(shí)。直流側(cè)電壓就是直流功率平衡的標(biāo)尺交流側(cè)頻率就是有功平衡的標(biāo)尺這兩把尺子一立起來(lái)剩下的就是讓各變換器信任這把尺子、跟著尺子走。仿真中你會(huì)不斷感受到這種“分布式自律”的魅力模型搭穩(wěn)了再回頭看去很多論文里娓娓道來(lái)的原理你都已經(jīng)親手驗(yàn)證過(guò)、甚至碰過(guò)壁了。最后提醒一句仿真步長(zhǎng)和濾波器截止頻率這兩個(gè)參數(shù)是穩(wěn)定性命門(mén)調(diào)模型時(shí)優(yōu)先從這里開(kāi)刀。祝順利跑通。