基于VSG分布式能源并网仿真：有功频率与无功电压控制的完美波形实现——MATLAB 2021b...

基于虚拟同步发电机（vsg）分布式能源并网仿真并网逆变器，有功频率控制，无功电压控制，VSG控制，电压电流双环PI控制！！各方面波形都完美！！！ MATLAB2021b

三台虚拟同步机在微电网里并网运行的场景把我折腾得够呛。昨天下午盯着示波器上那堆毛刺波形，突然灵光一闪------何不在Simulink里搭个干净模型验证算法？抄起MATLAB2021b就开干。

先看核心算法，这个VSG控制说白了就是把逆变器伪装成同步发电机。关键在机械方程模拟，我直接怼上这段代码：

matlab 复制代码

% VSG机械方程核心
function [omega, theta] = VSG_mech(P_set, P_actual, J, D, omega_n, dt)
    delta_P = P_set - P_actual;
    domega = (delta_P - D*(omega - omega_n)) / (2*J*omega_n);
    omega = omega + domega * dt;
    theta = theta + omega * dt;
end

这里J参数（转动惯量）特别有意思，调大点系统惯性就好，但动态响应变慢。上次现场调试时D参数（阻尼系数）设小了，结果并网瞬间频率震荡得像心电图，这次直接取0.8秒的仿真步长稳得一批。

电压电流双环控制必须得用离散PI，连续域设计的参数到数字控制器里全得重调。看看这个电流环的离散化处理：

matlab 复制代码

% 离散PI控制器实现
classdef DiscretePI < handle
    properties
        Kp, Ki, Ts
        integral
        upper_limit
    end
    methods
        function obj = DiscretePI(Kp, Ki, Ts, limit)
            obj.Kp = Kp;
            obj.Ki = Ki;
            obj.Ts = Ts;
            obj.integral = 0;
            obj.upper_limit = limit;
        end
        function output = step(obj, error)
            obj.integral = obj.integral + obj.Ki * error * obj.Ts;
            % 抗积分饱和处理
            if abs(obj.integral) > obj.upper_limit
                obj.integral = sign(obj.integral) * obj.upper_limit;
            end
            output = obj.Kp * error + obj.integral;
        end
    end
end

注意那个抗积分饱和处理，之前没加这玩意儿，结果PI输出直接爆表，IGBT都快炸了。现在把限幅设成直流母线电压的1.2倍，稳如老狗。

模型跑起来后重点看三个波形：并网瞬间的电流冲击、负载突变时的频率恢复、无功支撑时的电压波动。特别是这个有功-频率下垂特性曲线，用MATLAB的XY Graph抓取动态过程，比现场测试设备直观十倍。

最终出来的THD居然只有1.8%，比国标要求的5%还低。秘诀在于PWM载波比设为21次谐波以上，配合输出LC滤波器参数：

matlab 复制代码

Lf = 2e-3; % 滤波电感
Cf = 15e-6; % 滤波电容
Rd = 3; % 阻尼电阻
% 关键！谐振频率要避开主要谐波
res_freq = 1/(2*pi*sqrt(Lf*Cf))  % 约918Hz

这组参数让谐振峰远离基波50Hz和开关频率3kHz，实测波形干净得能当示波器广告。

折腾完最大的感悟：仿真不是万能，但没有仿真调试就是摸黑走钢丝。下次准备把虚拟阻抗算法揉进去，估计又能水篇不错的论文...哦不，是提升系统稳定性。