PCS双向储能变流器Buck - Boost闭环控制仿真复现之旅
PCS双向储能变流器Buck-Boost闭环控制仿真【复现】 复现参考文献：《储能电站变流器设计与仿真研究_尹世界》 三相PWM变流器控制：采用电压外环、电流内环双闭环PI控制，电压环稳定直流测电容电压700V，电网电压和电容电流前馈，电感电流解耦，且使用SVPWM空间矢量调制。 储能双向变换器控制：采用电流PID控制实现双向DC/DC功能，对电池进行恒功率充电或恒功率放电；实现能量由电网与直流母线的双向流动。 仿真工况： 0.0-0.1秒：不充电不放电 0.1-0.3秒：保持充电功率12KW 0.3-0.5秒：保持放电功率20KW
最近在研究储能相关技术，尝试复现PCS双向储能变流器Buck - Boost闭环控制仿真，参考的是《储能电站变流器设计与仿真研究_尹世界》这篇文献，跟大家分享下我的探索过程。
三相PWM变流器控制
三相PWM变流器采用电压外环、电流内环双闭环PI控制策略，目的是稳定直流侧电容电压在700V 。这里电网电压和电容电流前馈，电感电流解耦，并且使用SVPWM空间矢量调制。
先来看电压外环PI控制的代码实现（以Python为例）：
import numpy as np class VoltagePI: def __init__(self, kp, ki): self.kp = kp self.ki = ki self.integral = 0 self.prev_error = 0 def update(self, setpoint, feedback): error = setpoint - feedback self.integral += error p_term = self.kp * error i_term = self.ki * self.integral output = p_term + i_term self.prev_error = error return output # 初始化参数 kp_v = 0.5 ki_v = 0.1 voltage_pi = VoltagePI(kp_v, ki_v)这段代码定义了一个简单的电压PI控制器类。init方法初始化比例系数kp和积分系数ki，以及积分项integral和上一次的误差prev_error。update方法根据设定值setpoint和反馈值feedback计算误差，更新积分项，然后计算并返回PI控制器的输出。
PCS双向储能变流器Buck-Boost闭环控制仿真【复现】 复现参考文献：《储能电站变流器设计与仿真研究_尹世界》 三相PWM变流器控制：采用电压外环、电流内环双闭环PI控制，电压环稳定直流测电容电压700V，电网电压和电容电流前馈，电感电流解耦，且使用SVPWM空间矢量调制。 储能双向变换器控制：采用电流PID控制实现双向DC/DC功能，对电池进行恒功率充电或恒功率放电；实现能量由电网与直流母线的双向流动。 仿真工况： 0.0-0.1秒：不充电不放电 0.1-0.3秒：保持充电功率12KW 0.3-0.5秒：保持放电功率20KW
电流内环同理，通过类似的PI控制来跟踪电压外环输出的电流指令，同时结合电网电压和电容电流前馈以及电感电流解耦技术，使得系统能更稳定高效地运行。而SVPWM空间矢量调制则负责将控制信号转化为实际的PWM波去驱动功率器件。
储能双向变换器控制
储能双向变换器采用电流PID控制实现双向DC/DC功能，既能对电池进行恒功率充电，也能进行恒功率放电，达成能量在电网与直流母线间的双向流动。
下面是一个简单的电流PID控制代码示例（同样Python）：
class CurrentPID: def __init__(self, kp, ki, kd): self.kp = kp self.ki = ki self.kd = kd self.integral = 0 self.prev_error = 0 self.prev_prev_error = 0 def update(self, setpoint, feedback): error = setpoint - feedback self.integral += error p_term = self.kp * error i_term = self.ki * self.integral d_term = self.kd * (error - self.prev_error) output = p_term + i_term + d_term self.prev_prev_error = self.prev_error self.prev_error = error return output # 初始化参数 kp_c = 0.2 ki_c = 0.05 kd_c = 0.01 current_pid = CurrentPID(kp_c, ki_c, kd_c)在这个电流PID控制类中，相比前面的PI控制，多了一个微分系数kd和前前次误差prevpreverror。update方法除了计算比例项和积分项，还计算微分项，然后三者相加得到最终的输出，以此来更精确地控制电流，实现双向DC/DC功能。
仿真工况设定
本次仿真设置了不同时间段的工况：
- 0.0 - 0.1秒：不充电不放电，此时双向变换器处于待机状态，电流设定值为0，通过上述的控制算法，系统维持稳定状态。
- 0.1 - 0.3秒：保持充电功率12KW 。根据功率与电流的关系（假设直流侧电压已知且恒定），可以计算出对应的充电电流设定值，然后输入到电流PID控制器中，实现恒功率充电。例如，假设直流侧电压为700V，根据$P = UI$，充电电流$I = \frac{P}{U} = \frac{12000}{700} \approx 17.14A$，将这个电流值作为电流PID控制器的设定值。
- 0.3 - 0.5秒：保持放电功率20KW 。同样根据功率与电压关系计算放电电流设定值，假设直流侧电压还是700V，放电电流$I = \frac{P}{U} = \frac{20000}{700} \approx 28.57A$，将其作为电流PID控制器的设定值，实现恒功率放电。
在实际仿真中，将各个控制环节以及工况设定整合起来，就可以模拟PCS双向储能变流器Buck - Boost闭环控制的运行情况。通过不断调整PI和PID控制器的参数，可以优化系统的动态和静态性能，使其更好地满足储能电站的实际需求。这就是本次复现的大致思路和过程啦，希望对研究储能变流器的小伙伴有所帮助。