【MATLAB】光伏并网逆变器 VSG 虚拟同步机控制研究

【MATLAB】光伏并网逆变器 VSG 虚拟同步机控制研究

引言

光伏发电通过并网逆变器接入电网，传统逆变器控制以电流源方式运行，缺乏转动惯量与阻尼，难以支撑电网电压与频率，弱电网下容易失稳。虚拟同步机技术模拟同步发电机的转动惯量、阻尼与调频调压特性，使逆变器表现出同步发电机的外特性，增强对电网的支撑能力。本文基于 MATLAB 建立光伏并网逆变器的虚拟同步机控制模型，设计功率同步环与电压控制环，仿真分析有功与无功调节、频率响应，并给出完整可运行的代码。

VSG 虚拟同步机控制原理

虚拟同步机将同步发电机方程映射到逆变器控制中，通过模拟转动惯量方程实现有功与频率的耦合。转子运动方程根据有功功率偏差调节频率，惯量提供频率变化的缓冲，阻尼抑制振荡。

无功与电压通过励磁控制模拟。根据无功偏差调节电压幅值，引入无功-电压下垂特性，使逆变器参与无功支撑，维持并网点电压稳定。

虚拟同步机控制通常包含功率同步环、电压控制环与电流内环。功率同步环输出参考电压的幅值与相角，电压环与电流环调节输出电压跟踪参考值，实现同步发电机特性。

VSG 控制建模

本文建立的虚拟同步机控制模型包含功率同步环、电压控制环与并网功率模型。

功率同步环根据有功功率偏差模拟转子运动，输出参考角频率与相角，提供惯量与阻尼。通过有功-频率下垂，逆变器参与频率调节。

电压控制环根据无功功率偏差调节输出电压幅值，实现无功-电压下垂，支撑并网点电压。电流内环跟踪电压环输出的参考电流。

并网功率模型根据输出电压与电网电压计算注入的有功与无功功率，构成控制闭环。

通过施加功率指令变化与电网扰动，可以分析虚拟同步机的惯量与阻