[其他] 基于Simulink的光伏风电储能能量管理仿真模型 [推广有奖]

风光储联合发电系统仿真研究：基于Matlab/Simulink的光伏风电储能能量管理

本文构建了一个集成光伏发电、永磁风力发电与超级电容储能的联合发电系统模型，采用Matlab/Simulink平台进行仿真分析。系统包含永磁同步风力发电机、光伏阵列、超级电容储能单元以及三相逆变装置，并应用最大功率点跟踪（MPPT）控制策略实现高效能量管理。系统母线电压设定为600V，用于评估在动态环境与负载变化下的运行稳定性。

一、系统结构与建模

1. 永磁风力发电机建模

该模块将风能转化为电能，重点考虑风速对输出功率的影响。通过建立永磁同步发电机与风力机的耦合模型，能够准确反映风速波动时系统的动态响应特性。在仿真中，风速在t=1s时由6m/s阶跃至7m/s，用于测试系统对风能输入突变的适应能力。

2. 光伏发电系统建模

光伏模型依据光照强度模拟太阳能板的输出行为。通过改变入射光强来模拟天气变化，例如在t=2s时光照从1200W/m下降至1000W/m，进而观察其对直流输出功率的影响。结合MPPT算法，确保光伏单元始终工作在最优工作点附近。

3. 超级电容储能单元建模

作为快速响应的储能组件，超级电容承担着平抑功率波动、提升系统稳定性的关键作用。其充放电模型根据系统能量盈余或缺额自动切换工作模式，在风速上升时吸收多余能量，在光照减弱或负载增加时释放能量，维持母线电压稳定。

4. 三相逆变器建模

三相电压源型逆变器负责将直流母线上的电能转换为符合负载需求的交流电。其控制策略配合能量管理系统调节输出电压幅值与频率，保障在负载突变情况下仍能提供可靠供电。

二、能量管理策略设计

系统采用最大功率点跟踪（MPPT）作为核心控制机制，分别应用于光伏和风电子系统。该策略实时检测输入能源状态（如风速、光照），并通过调整电力电子变换器的工作点，使各发电单元持续输出最大可用功率。同时，结合储能系统的双向功率调节能力，实现源-荷之间的动态平衡。

三、仿真工况与结果分析

仿真设置多个关键时间节点以考察系统的动态响应性能：

• t = 1s：风速由6m/s突增至7m/s，风力发电输出功率上升，系统检测到能量盈余，超级电容转入充电模式，有效抑制母线电压冲击；
• t = 2s：光照强度由1200W/m降至1000W/m，光伏出力减少，但由于MPPT控制的及时调节，仍保持相对较高的能量利用率；
• t = 3s：负载功率从5kW骤增至11kW，系统迅速响应，逆变器调整输出参数，同时超级电容释放存储能量，协助满足瞬时高功率需求。

在整个仿真过程中，直流母线电压始终保持在600V附近，波动极小，表明所设计的能量管理策略具备优良的电压支撑能力和功率协调控制效果。

四、结论

本研究利用Simulink搭建了完整的风光储联合发电系统仿真模型，综合考虑了多种可再生能源输入及负载扰动情形。仿真结果验证了在MPPT控制策略下，系统不仅能够高效捕获可再生能源的最大功率，还能借助超级电容实现功率平滑与动态支撑。整体系统表现出良好的稳定性与响应能力，为未来多能互补微电网的设计与优化提供了有效的技术参考。