1. 项目概述：不平衡电网下的VSG控制挑战
当电网电压出现三相不平衡时，传统逆变器控制策略往往会出现功率振荡、电流畸变等问题。虚拟同步发电机（VSG）技术通过模拟同步发电机的转动惯量和阻尼特性，能够为电网提供必要的支撑，但如何在电压不平衡条件下维持稳定运行成为关键难题。
我在某微电网项目中首次遭遇这个问题：当本地负载突变导致电压跌落15%时，常规VSG控制的逆变器输出电流THD（总谐波失真）从3%飙升到12%，触发了保护装置。这促使我深入研究PR（比例谐振）控制在VSG中的应用方案。
2. 核心原理与技术路线
2.1 VSG的基本控制架构
VSG控制的核心是模仿同步发电机的二阶运动方程：
code复制Jdω/dt = Pm - Pe - D(ω-ω0)
其中J为虚拟惯量，D为阻尼系数。在Simulink中通常通过以下模块实现：
- 功率计算模块（abc-dq变换）
- 虚拟转子方程模块
- 电压电流双环控制模块
关键经验：虚拟惯量J的取值需要与电网强度匹配，弱电网下J值过大会导致频率振荡。建议初始值取0.5-2 kW·s/rad。
2.2 PR控制的独特优势
相比传统PI控制，PR控制器在特定频率点（如基波50Hz）具有无穷大增益，其传递函数为：
code复制GPR(s) = Kp + 2Krωcs/(s²+2ωcs+ω0²)
在电压不平衡时能有效抑制：
- 负序分量（100Hz振荡）
- 谐波分量（6k±1次）
实测数据表明，加入PR控制后，相同工况下电流THD可降低至5%以内。
3. Simulink建模详解
3.1 主电路建模要点
-
逆变器桥臂：
- 使用Universal Bridge模块
- 开关器件选型建议：IGBT模块电压等级应为直流母线电压的2倍以上
-
LCL滤波器参数计算：
code复制L1 = (Vdc/6)/(2πfswΔI) Cf = 0.05~0.1pu L2 = L1/5其中fsw为开关频率（通常10kHz），ΔI为允许纹波电流
3.2 控制回路实现步骤
- 功率计算层：
- abc-dq变换需采用基于正序分量的锁相环
- 加入移动平均滤波（窗口宽度1/6周期）