基于三相桥式逆变器和LCL型滤波器的VSG控制及实现方法

PSIM-VSG（虚拟同步机）控制，基于三相桥式逆变器的VSG构网型逆变器控制，采用LCL型滤波器，电压电流双闭环控制。 1.VSG控制 2.SPWM 3.电压电流双闭环控制 4.提供参考文献以及VSG原理和下垂系数计算方法 PSIM源文件

咱们今天聊点硬核的——如何用PSIM玩转虚拟同步机（VSG）控制。这玩意儿现在在新能源并网里火得不行，但说实话，调试起来真能让人头秃。先甩张VSG控制框图镇楼（此处脑补手绘示意图），核心就是让逆变器模拟同步发电机的机械特性，说人话就是装得像真发电机。

先看VSG的核心算法部分，这里有个骚操作：把逆变器输出电流当成电磁转矩，用虚拟惯量搞出阻尼效果。代码层面大概长这样：

// 虚拟转子运动方程
void VSG_Algorithm(double P_ref, double Q_ref) {
    double J = 0.02;  // 虚拟转动惯量
    double D = 5.0;   // 阻尼系数
    double omega = 1.0;  // 基准角速度
    
    // 有功环计算
    double delta_P = P_ref - P_measure;
    double d_omega = (delta_P - D*(omega - omega_base)) / (2*J*omega_base);
    omega += d_omega * Ts;
    
    // 电压生成
    theta += omega * Ts;
    V_ref = V_base + Kq * (Q_ref - Q_measure);
}

这段代码的关键在于用二阶微分方程模拟同步机的转子摇摆特性。调试时D参数调大了容易震荡，调小了动态响应慢，这个平衡点得拿捏死。记得上次实验室有个哥们把D设成50，结果波形抖得跟心电图似的...

SPWM生成这块，新手容易踩的坑是载波比选择。个人经验，当开关频率在10kHz时，调制波频率控制在45Hz以下比较稳。用PSIM自带的PWM发生器时，注意死区时间补偿：

!SPWM调制波形

（假装这里有张带死区的SPWM波形对比图）

电压电流双闭环才是真·灵魂所在。电流内环的PI参数别直接照搬教科书，分享个野路子——先让电压环开环，单独调电流环到临界震荡，然后回退30%。比如这样：

// 电流环PI控制器
double CurrentLoop(double I_error) {
    static double integral = 0;
    double Kp = 1.2;
    double Ki = 500;
    
    integral += I_error * Ts;
    return Kp * I_error + Ki * integral;
}

LCL滤波器设计要命，谐振峰处理不好直接GG。有个秘籍：在电容支路串个3欧姆阻尼电阻，虽然会降低点效率，但稳如老狗。计算谐振频率时记住这个公式：

f_res = 1/(2π√(L1*C)) // L1是逆变器侧电感

最后说下垂系数，别被文献里的复杂推导吓到。实操中按这个经验公式来：

Kp = (Δfmax)/(ΔPmax) // 一般取0.5%~1%频率偏差对应额定功率变化

参考文献推荐这两篇必读：

[1] 虚拟同步机的阻抗重塑与稳定性分析, 电力系统自动化, 2018

[2] VSG参数设计及弱电网适应性研究, 中国电机工程学报, 2020

源码在GitHub搜"PSIMVSGLCL_Control"能找到，注意里面有个隐藏菜单——按Ctrl+Shift+V能调出虚拟示波器界面。调试时记得先锁相环再启动VSG，不然相位突变能把你输出电压波形扭成麻花。

（完）