双机并联虚拟同步发电机(VSG)系统中,因线路阻抗不匹配及参数差异,易引发无功环流。本方案在传统VSG控制基础上,引入自适应虚拟阻抗环节。其核心在于:实时检测两机间无功环流分量,据此动态调节各VSG的虚拟阻抗值,等效补偿实际线路阻抗差异,迫使两机输出电压特性趋于一致,从而实现无功功率的自主均分与环流抑制。
仿真模型核心模块简述:
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VSG控制:
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模拟同步发电机机电暂态特性。
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转子运动方程:实现有功-频率(P-f)下垂及惯性响应。
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电压调节方程:实现无功-电压(Q-V)下垂控制。
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输出:基础参考电压指令(幅值
V_mag*
,相位角θ*
)。
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虚拟阻抗控制(含环流抑制):
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基础虚拟阻抗:串联于VSG输出端(常为感性),改善功率解耦与稳定性。
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环流检测:计算两机输出电流差值,提取无功环流分量
ΔI_q
。 -
自适应补偿:基于
ΔI_q
生成动态虚拟阻抗补偿量ΔZ_v
(如PI调节)。 -
合成与压降计算:总虚拟阻抗
Z_v = Z_{v0} + ΔZ_v
;计算虚拟压降ΔV_v = Z_v * I_o
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输出:修正参考电压
V_ref* = V* - ΔV_v
。
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电压电流双闭环控制:
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外环(电压环):跟踪修正后的
V_ref*
,生成电流参考指令I_ref
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内环(电流环):快速跟踪
I_ref
,生成逆变桥调制信号V_inv_ref
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输出:驱动逆变器功率器件的PWM信号。
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锁相环(PLL):
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精确跟踪公共连接点(PCC)电压相位
θ_{PCC}
与频率ω_{PCC}
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作用:为VSG同步、坐标变换及控制环路提供相位基准。
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仿真流程概要: PLL提供同步基准 → VSG生成基础电压指令 → 虚拟阻抗模块依据环流信息动态修正指令 → 双闭环控制精确输出该电压 → 实现并网/并联运行与无功环流抑制。仿真模型旨在验证该控制策略的有效性。
仿真结果:
仿真模型更多详情见原文:
https://mp.weixin.qq.com/s/jpb6Gax5d54IK8zJFwyFdA