风光氢储 + VSG并网系统仿真探索

vRZOvtDOKWS

313人浏览 · 2026-04-03 14:15:00

vRZOvtDOKWS · 2026-04-03 14:15:00 发布

风光氢储+VSG并网系统仿真【附带参考文献】仿真控制结构：风光储单独通过逆变器VSG控制并网，然后母线经过整流器+Buck变换器连接PEM电解水制氢系统 1、PEM电解水制氢：采用功率外环加电流内环控制，恒功率制氢，制氢系统建模参考给的文献，包含阳极模块、阴极模块、质子交换膜模块、氢气存储模块 2、风机部分，采用扰动观察法实现MPPT最大功率跟踪，风力机桨叶模型、转速电流双闭环控制策略 3、双向储能：闭环控制、直流母线电压外环稳定母线电压，内环为电池充放电电流 4、光伏MPPT：则是采用电导增量法实现MPPT最大功率的跟踪 5、网侧采用VSG控制策略

在当今能源转型的大背景下，风光氢储 + VSG并网系统成为了研究热点。今天咱就来唠唠这个系统的仿真实现，顺便附上一些代码片段来助助兴。

一、系统整体架构

风光储单独通过逆变器VSG控制并网，之后母线经过整流器 + Buck变换器连接PEM电解水制氢系统。这种结构整合了多种能源转换与存储方式，旨在打造一个高效、稳定的能源体系。

二、各部分控制策略及代码分析

（一）PEM电解水制氢

采用功率外环加电流内环控制，实现恒功率制氢。其系统建模参考相关文献，涵盖阳极模块、阴极模块、质子交换膜模块、氢气存储模块。

下面简单写个功率外环控制的伪代码示例：

# 设定目标功率
target_power = 1000  # 例如1000瓦
# 实际功率
actual_power = 0
# 功率控制参数
kp_power = 0.1
ki_power = 0.01
integral_power = 0
while True:
    # 获取实际功率，这里假设通过传感器获取
    actual_power = get_actual_power() 
    error_power = target_power - actual_power
    integral_power += error_power
    power_control_signal = kp_power * error_power + ki_power * integral_power
    # 将功率控制信号发送给电流内环，这里省略电流内环相关代码
    send_power_control_signal_to_current_loop(power_control_signal)

这段代码实现了功率外环的基本控制逻辑，通过不断比较目标功率和实际功率的差值，经过比例积分调节，输出控制信号给电流内环。

（二）风机部分

MPPT最大功率跟踪：采用扰动观察法。简单来说，就是通过不断扰动光伏板的工作点，观察功率变化方向，从而向最大功率点移动。

# 初始化参数
step_size = 0.01
prev_power = 0
while True:
    # 获取当前功率
    current_power = get_current_power()
    if current_power > prev_power:
        # 朝当前方向继续扰动
        perturb_direction = 1
    else:
        # 改变扰动方向
        perturb_direction = -1
    # 扰动工作点
    perturb_working_point(perturb_direction * step_size)
    prev_power = current_power

风力机桨叶模型、转速电流双闭环控制策略：转速外环主要控制风力机转速稳定，电流内环确保电机按要求输出转矩。代码实现较为复杂，这里先不展开细讲，但基本思路是通过不断调整控制参数，使转速和电流达到设定值。

（三）双向储能

采用闭环控制，直流母线电压外环稳定母线电压，内环为电池充放电电流。

# 母线电压外环控制
kp_voltage = 0.5
ki_voltage = 0.05
integral_voltage = 0
target_voltage = 500  # 例如500V
while True:
    actual_voltage = get_actual_bus_voltage()
    error_voltage = target_voltage - actual_voltage
    integral_voltage += error_voltage
    voltage_control_signal = kp_voltage * error_voltage + ki_voltage * integral_voltage
    # 将电压控制信号发送给电流内环
    send_voltage_control_signal_to_current_loop(voltage_control_signal)

通过这段代码可以看到，母线电压外环通过比例积分控制，输出信号给电流内环，以实现对母线电压的稳定控制。

（四）光伏MPPT

采用电导增量法实现MPPT最大功率的跟踪。电导增量法基于光伏电池的P - V特性，通过比较电导增量与瞬时电导来判断工作点与最大功率点的关系。

# 初始化参数
kp_mppt = 0.01
while True:
    current_voltage = get_current_voltage()
    current_power = get_current_power()
    prev_voltage = get_previous_voltage()
    prev_power = get_previous_power()
    dP = current_power - prev_power
    dV = current_voltage - prev_voltage
    if (dP / dV + current_power / current_voltage) < 0:
        # 减小电压
        new_voltage = current_voltage - kp_mppt
    else:
        # 增大电压
        new_voltage = current_voltage + kp_mppt
    set_working_voltage(new_voltage)

这段代码通过不断计算功率和电压的变化量，依据电导增量法的规则来调整光伏板的工作电压，从而实现最大功率跟踪。

（五）网侧采用VSG控制策略

VSG控制策略模拟同步发电机的运行特性，使逆变器具备类似同步发电机的惯性和阻尼特性，增强系统稳定性。代码实现需要考虑同步发电机的数学模型、功率控制等多个方面，以下是一个简化的VSG功率控制部分代码：

# 设定虚拟惯性常数和阻尼系数
J = 0.1
D = 0.05
# 初始频率和功率
omega0 = 2 * 3.14 * 50
P0 = 0
while True:
    # 获取当前功率
    P = get_current_power()
    # 计算频率偏差
    delta_omega = (P - P0) / J - D * (omega - omega0)
    omega = omega + delta_omega
    # 根据新的频率调整输出
    adjust_output_frequency(omega)
    P0 = P

这段代码通过模拟同步发电机的惯性和阻尼，根据功率变化调整输出频率，以维持系统稳定。