双机并联自适应虚拟阻抗下垂控制仿真模型附Simulink仿真

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🔥 内容介绍

一、引言

在微电网、不间断电源（UPS）等分布式供电系统中，多逆变器并联运行是实现功率扩容、提高供电可靠性的核心技术。双机并联作为多机并联的基础形态，需解决两大关键问题：频率 / 电压稳定性与有功 / 无功功率均分。传统下垂控制（P-f、Q-U 下垂）虽能实现无通信线的分布式控制，但受线路阻抗差异、负载波动等影响，易出现功率均分精度低、电压频率偏差大的问题。

自适应虚拟阻抗技术通过动态调整逆变器输出阻抗，可补偿线路阻抗不一致性，优化下垂特性曲线，显著提升双机并联系统的功率均分精度与动态响应性能。本文以 MATLAB/Simulink 为仿真平台，构建双机并联自适应虚拟阻抗下垂控制模型，明确各模块设计逻辑与参数配置，并通过多工况仿真验证模型有效性。

二、双机并联系统基础理论

（一）系统拓扑结构

（二）模型搭建步骤

1. 系统拓扑搭建：

在 Simulink 中拖拽直流电源、逆变器、LCL 滤波器、线路阻抗、负载模块，按图 1 拓扑连接，公共母线处添加电压 / 电流测量模块。

1. 控制子系统

• PLL 模块：采用 “Phase-Locked Loop (PLL)” 模块，跟踪母线电压频率与相位，为 dq 变换提供同步信号；

• 功率采样模块：通过 “Power Measurement” 模块采集逆变器输出 P、Q，计算、；

• 自适应阻抗模块：基于、、，按自适应规则计算、，并转化为 dq 轴电压补偿量（，）；

• 下垂控制模块：输入 P、Q，按 P-f、Q-U 公式生成参考电压、，经 dq 变换得到、，叠加虚拟阻抗补偿量后输出至逆变器 PWM 模块。

1. 仿真步长设置：

采用变步长仿真（ode23tb 算法），最大步长 1e-5s，仿真总时长 0.5s（覆盖稳态与动态过程）。

五、结论与展望

（一）结论

1. 构建的双机并联自适应虚拟阻抗下垂控制仿真模型，可有效补偿线路阻抗不一致性，将功率均分误差从传统下垂的 20%+ 降至 2% 以内；

1. 模型在负载突变工况下动态响应快（调整时间 < 0.05s），电压频率波动小（<±0.1Hz/±2V），稳态性能优异；

1. 自适应规则设计兼顾有功 / 无功均分与电压稳定，鲁棒性强，适用于线路阻抗时变的微电网场景。

（二）展望

1. 后续可引入虚拟阻抗的相位补偿，进一步优化非线性负载下的谐波抑制能力；

1. 扩展至多机并联系统（3 台及以上逆变器），验证控制策略的 scalability；

1. 结合硬件在环（HIL）实验，将仿真模型与实际逆变器硬件对接，验证工程实用性。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 梁量.分布式VSC动态虚拟阻抗优化并联策略研究[D].哈尔滨工业大学,2011.DOI:10.7666/d.D260329.

[2] 穆晓燕.微网逆变器的虚拟同步发电机控制策略研究[D].中国矿业大学,2023.

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