VSG控制的逆变器并联系统仿真与环流抑制

1. 项目概述：VSG控制的逆变器并联系统仿真

在微电网系统中，多台逆变器并联运行时的环流抑制和功率分配一直是电力电子领域的经典难题。传统同步发电机凭借其固有的机械特性（如转子惯量和阻尼绕组）能够实现自然的功率分配，而电力电子设备要实现类似功能，就需要引入虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator, VSG）技术。这个仿真项目通过Python搭建了双VSG并联系统，完整实现了从核心算法到系统级控制的闭环验证。

关键突破点：通过虚拟阻抗设计和改进型下垂控制，将环流抑制在额定电流3%以下，功率分配误差控制在3%以内。

2. VSG核心算法实现

2.1 机械运动方程建模

VSG技术的核心在于用数学方程模拟同步发电机的转子动力学特性。我们通过二阶微分方程实现转子摇摆特性：

python复制def vsg_model(t, y, P_ref, Q_ref):
    δ, ω = y  # 功角（rad），角速度（rad/s）
    
    # 有功-频率下垂系数（单位：pu）
    D_p = 0.05  
    
    # 转动惯量（单位：kg·m²）
    J = 0.2      
    
    # 电网额定角频率（50Hz系统）
    ω_g = 314    
    
    # 有功功率偏差计算
    ΔP = P_ref - (ω - ω_g)*D_p  
    
    # 微分方程组
    dδdt = ω - ω_g
    dωdt = ΔP / (2*J)
    
    return [dδdt, dωdt]

参数调试经验：

• 转动惯量J相当于飞轮的惯性效应。实测发现：
  • J=0.05时：负载突变导致频率波动超过2Hz
  • J=0.2时：频率波动可控制在0.5Hz以内
• 下垂系数D_p类似阻尼绕组作用：
  • 值过小会导致功率振荡衰减缓慢
  • 值过大会影响动态响应速度

2.2 电气输出特性模拟

同步发电机的输出电压特性通过虚拟阻抗环节实现：

python复制def virtual_impedance(I_out, V_pcc):
    # 虚拟电阻（单位：Ω）
    R_v = 0.1