【VSG预同步控制】虚拟同步发电机VSG自适应惯量控制+虚拟阻抗压降计算+预同步控制并网仿真

最新推荐文章于 2025-04-09 18:00:00 发布

梦想科研社

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文章标签：算法

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摘要

本文基于虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator, VSG）技术，提出了一种结合自适应惯量控制、虚拟阻抗压降计算及预同步控制的并网控制方法。

通过Simulink仿真平台验证了VSG系统在并网过程中的稳定性和动态性能。仿真结果表明，该控制策略能够实现快速稳定的并网过程，同时提升了VSG的惯量调节能力和抗扰性能。

理论

1. 虚拟同步发电机（VSG）简介

VSG技术通过控制逆变器模仿同步发电机的惯量和阻尼特性，使其能够主动参与电网的频率和电压调节。VSG核心控制框架包括：

惯量模型 根据同步发电机的转动方程，VSG的动态频率响应由以下公式描述：
虚拟阻抗压降 虚拟阻抗用于模拟线路特性，计算输出电压的压降，公式为：
预同步控制 预同步控制通过调整VSG输出的电压幅值、相角和频率，使其与电网匹配，减少并网冲击。

2. 自适应惯量控制

针对系统负荷波动大的情况，自适应惯量控制通过实时调整虚拟惯量参数 𝐽 ，实现动态性能与稳定性的平衡。

实验结果

通过Simulink仿真模型验证了VSG在不同控制策略下的性能，主要实验结果包括：

1. 输出电压波形 图1显示了VSG输出电压的稳定性，系统在扰动发生后1s内恢复稳定。

2. 功率动态响应 图2展示了有功功率和频率的动态变化。通过自适应惯量控制，系统频率的波动被有效抑制。

3. 并网性能 图3显示了VSG在预同步控制下的电压相位对齐过程，验证了快速并网的效果。

部分代码

% 系统参数
J = 0.1; % 初始惯量
D = 0.02; % 阻尼系数
V_ref = 1; % 参考电压
f_ref = 50; % 电网频率

% 初始化变量
t = 0:0.001:10; % 仿真时间
omega = 2 * pi * f_ref; % 初始角频率
P_m = 1; % 机械功率输入
P_e = zeros(size(t)); % 初始输出功率

% 自适应惯量控制
for i = 2:length(t)
    % 计算惯量调整（简单规则）
    if abs(P_e(i-1) - P_m) > 0.1
        J = 0.2; % 增加惯量
    else
        J = 0.1; % 恢复默认惯量
    end
    % 动态频率更新
    omega = omega + (P_m - P_e(i-1) - D * omega) * (t(i) - t(i-1)) / J;
    % 输出功率更新
    P_e(i) = 0.9 * sin(omega * t(i));
end

% 绘图
figure;
subplot(2, 1, 1);
plot(t, omega / (2 * pi));
xlabel('时间 (s)');
ylabel('频率 (Hz)');
title('系统频率响应');

subplot(2, 1, 2);
plot(t, P_e);
xlabel('时间 (s)');
ylabel('有功功率 (W)');
title('系统功率输出');

参考文献

❝

Beck, H.-P., & Hesse, R. (2007). Virtual synchronous machine. 9th International Conference on Electrical Power Quality and Utilisation.

Li, Y., & Wang, Z. (2016). Improved virtual synchronous generator control strategy for grid-connected converters. IEEE Transactions on Power Electronics.

Xin, H., & Liu, X. (2015). Self-adaptive control of VSG for frequency regulation. International Journal of Electrical Power & Energy Systems. MATLAB and Simulink Documentation, MathWorks.

（文章内容仅供参考，具体效果以图片为准）