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💥第一部分——内容介绍
基于虚拟同步发电机的多逆变器并联改进控制策略
摘要
针对微电网场景下多虚拟同步发电机（VSG）并联运行时，受线路阻抗差异、负载动态波动影响产生的功率分配不均、系统环流滋生、负载电压偏移波动等问题，本文提出一种复合型VSG改进控制策略。该策略在传统VSG控制架构基础上，一方面优化无功功率控制环路，引入负载电压负反馈与积分调节环节，消除传输阻抗对无功功率调控的耦合影响，提升无功功率分配的精准度，同时抑制负载侧电压动态波动；另一方面引入动态虚拟复阻抗控制机制，替代传统固定虚拟阻抗结构，有效补偿VSG输出电压跌落问题，优化系统电能质量。双机并联仿真测试结果表明，所提改进控制策略可有效抑制并联系统内部环流，实现有功、无功功率的精准均分，同时保障负载电压始终稳定在额定工作区间，显著提升了多VSG并联系统运行的稳定性与可靠性。
关键词：虚拟同步发电机；逆变器并联；功率均分；环流抑制；动态虚拟复阻抗；电压稳定
1 绪论
1.1 研究背景与意义
随着新能源发电技术的快速迭代与分布式电源的广泛普及，微电网作为可再生能源消纳、电网负荷削峰填谷的核心载体，已成为电力系统智能化发展的重要方向。分布式光伏、风电等新能源电源多通过逆变器接入微电网，传统电力电子逆变器无惯性、无阻尼的运行特性，导致微电网整体呈现低惯性、弱稳定的运行特征，极易出现电压波动、功率振荡等问题。
虚拟同步发电机技术通过模拟传统同步发电机的转子惯性、阻尼特性与外特性控制逻辑，赋予电力电子逆变器同步机的运行特性，能够有效提升微电网的电压与频率稳定性，目前已成为分布式逆变器并网、孤岛运行的主流控制方案。在实际工程应用中，为满足大容量供电、冗余备份的运行需求，多采用多VSG逆变器并联的运行模式，该模式可灵活适配负载容量变化，提升供电系统的容错性与连续性。
但在双机及多机VSG并联运行场景中，受线路阻抗参数不一致、负载动态投切、设备参数偏差等因素影响，传统VSG控制策略存在明显短板。并联系统极易产生幅值与相位偏差，诱发系统内部环流，不仅会造成逆变器输出电流畸变、设备损耗增加，还会导致有功、无功功率分配失衡，严重时会引发电压跌落、电能质量劣化，甚至威胁并联设备的运行安全。因此，研究适配多VSG并联场景的改进控制策略，实现环流抑制、精准功率均分与电压稳定控制，对保障微电网安全高效运行具有重要的工程价值。
1.2 国内外研究现状
目前国内外学者针对VSG并联系统的功率均分与环流抑制问题开展了大量研究。现有主流方案多采用虚拟阻抗控制策略，通过人为构造等效输出阻抗，弱化线路阻抗差异对功率分配的影响，实现功率解耦与基础环流抑制。但传统固定虚拟阻抗参数无法适配负载动态变化工况，阻抗参数设置过大会加剧输出电压跌落，设置过小则无法彻底消除功率耦合与环流问题，动态适配性较差。
部分研究通过优化功率环调节参数改善功率分配精度，但未针对负载电压波动问题形成闭环调控，负载投切过程中电压动态偏差难以消除。还有研究聚焦自适应虚拟阻抗设计，但多数方案仅针对单一有功或无功功率优化，未兼顾无功解耦、电压稳压与环流协同抑制的多重需求，存在控制维度单一、工况适配性不足的问题。针对上述现有技术的局限性，本文构建多维度协同改进的VSG控制策略，同步实现无功精准分配、电压稳定调控与动态环流抑制。
1.3 主要研究内容
本文以双VSG逆变器并联孤岛运行系统为研究对象，针对并联运行中的环流滋生、功率分配不均、电压波动等核心问题，提出复合型改进控制策略。核心研究内容分为两部分：一是优化无功功率控制环路，引入负载电压负反馈与积分调节环节，破除传输阻抗与无功功率的耦合关系，抑制负载电压波动，提升无功功率均分精度；二是引入动态虚拟复阻抗控制，替代传统固定虚拟阻抗，根据系统运行工况动态调整阻抗参数，补偿电压跌落损耗，优化电能质量。最后通过双机并联仿真测试，验证改进策略在环流抑制、功率均分、电压稳定方面的综合性能。
2 传统VSG并联系统运行特性及缺陷分析
2.1 传统VSG并联控制基本原理
传统VSG控制通过模拟同步发电机的机电暂态特性，包含有功功率-频率调节环路与无功功率-电压调节环路，依托惯性支撑与阻尼调节实现系统频率、电压的稳定控制。在并联运行模式下，多台VSG通过功率下垂特性实现功率自主分配，无需设备间通信即可完成分布式协同供电，具备较强的独立性与灵活性，适配微电网孤岛运行场景。
2.2 并联系统核心运行缺陷
在实际双机并联运行过程中，两台VSG的接入线路长度、线路阻抗存在固有偏差，同时负载动态投切会持续改变系统运行工况，导致传统VSG控制暴露诸多缺陷。首先，传统无功功率环路未考虑负载电压动态变化与传输阻抗的耦合影响，线路阻抗差异会直接导致各VSG无功输出配比失衡，无法实现精准均分，负载波动时电压偏移问题尤为突出。其次，传统固定虚拟阻抗方案参数固化，仅能适配单一稳态工况，负载变化时易出现电压跌落现象，造成电能质量下降。最后，功率分配失衡与电压幅值、相位偏差会持续诱发并联环流，环流在两台逆变器之间往复流动，增加设备运行损耗，严重制约并联系统的带载能力与运行稳定性。
3 改进VSG并联控制策略设计
3.1 无功功率环路优化设计
针对传统VSG无功功率分配精度低、负载电压波动大、功率与传输阻抗耦合严重的问题，本文对无功功率控制环路进行结构性优化。在原有无功-电压下垂控制基础上，引入负载电压负反馈调节机制，实时采集负载侧电压信号并与额定电压基准值做偏差对比，将电压偏差信号引入控制环路，形成闭环稳压调控，快速抵消负载波动、线路阻抗带来的电压偏移，抑制动态电压波动。
同时，在无功控制环路中增设积分调节环节，利用积分环节无静差调节的特性，彻底消除传输阻抗参数差异带来的无功功率稳态分配误差，实现无功功率与传输阻抗的完全解耦。该优化结构可自适应线路阻抗不均、负载动态变化等复杂工况，从控制源头解决无功功率分配失衡问题，保障不同运行状态下无功功率的精准均分，同时大幅提升负载电压的稳态与动态稳定性。
3.2 动态虚拟复阻抗控制策略设计
传统固定虚拟阻抗控制虽能一定程度实现功率解耦、抑制环流，但固定阻抗参数无法适配动态工况，会常态化引发VSG输出电压跌落，降低系统供电质量。为解决该问题，本文引入动态虚拟复阻抗控制机制，摒弃参数固化的传统阻抗结构，依托系统实时运行状态，动态自适应调整虚拟复阻抗参数。
动态虚拟复阻抗可根据负载功率变化、并联机组功率偏差、电压波动幅值实时优化阻抗取值，在保证功率解耦、抑制环流的基础上，精准补偿虚拟阻抗带来的电压压降损耗，有效解决传统控制下的输出电压跌落问题。该动态调节机制兼顾了环流抑制、功率均分与电压稳定多重需求，稳态工况下可维持阻抗稳定，保障功率分配精度；动态工况下可快速响应工况变化，优化系统动态响应特性，全面提升并联系统的电能质量与运行稳定性。
3.3 改进策略协同控制机理
本文所提改进策略通过无功环路优化与动态虚拟复阻抗的协同配合，形成全方位的并联系统优化控制体系。无功环路的负反馈与积分环节负责解决电压波动、无功耦合与功率分配精度问题，实现无功功率精准均分与电压稳态稳压；动态虚拟复阻抗负责动态适配系统工况，抑制工况波动引发的环流，补偿电压跌落，优化动态电能质量。两者相互配合、互补增效，既解决了传统VSG并联系统的稳态功率失衡问题，又改善了动态工况下的环流扰动与电压畸变问题，全面提升双机并联系统的运行性能。
4 仿真验证与结果分析
为验证所提改进VSG控制策略的有效性，搭建双机VSG并联微电网仿真模型，分别采用传统VSG控制策略与本文改进控制策略进行对比测试，涵盖稳态带载、负载投切等典型工况，重点对比分析系统电压稳定性、功率分配效果与环流抑制性能。
4.1 稳态运行工况仿真分析
在稳态额定带载工况下，传统VSG并联系统受线路阻抗差异影响，两台逆变器输出无功功率存在明显偏差，功率均分误差较大，同时系统存在持续稳态环流，导致输出电流存在轻微畸变，负载电压存在小幅稳态跌落。采用本文改进控制策略后，无功功率环路的积分无静差调节彻底消除了传输阻抗耦合影响，两台VSG有功、无功输出功率基本保持一致，功率均分精度大幅提升。同时动态虚拟复阻抗精准补偿电压损耗，负载电压稳定维持在额定标准区间，稳态环流基本被完全抑制，逆变器输出波形质量显著优化。
4.2 动态负载工况仿真分析
为验证策略的动态适配性能，设置负载突增、负载突减的动态投切工况。在负载动态变化瞬间，传统VSG控制系统电压波动幅度大、恢复速度慢，功率分配失衡问题进一步加剧，瞬时环流幅值显著增大，系统动态稳定性较差。而改进控制策略依托负载电压负反馈机制，可快速响应负载波动，有效削弱动态电压冲击，缩短电压调节恢复时间。同时动态虚拟复阻抗实时更新阻抗参数，自适应匹配负载工况变化，全程抑制瞬时环流滋生，保证动态过程中两台VSG功率始终均匀分配，无明显功率偏差与环流扰动，动态运行性能优异。
4.3 综合性能对比总结
仿真对比结果充分验证了改进策略的优越性。相较于传统VSG控制，本文改进策略实现了三大核心性能提升：一是彻底解除无功功率与传输阻抗的耦合关系，实现全工况下有功、无功功率精准均分；二是有效抑制负载电压动态波动与稳态跌落，大幅提升供电电能质量；三是全方位抑制并联系统稳态与动态环流，降低设备运行损耗，提升并联系统运行稳定性与可靠性。
5 结论
本文针对双VSG逆变器并联系统存在的功率分配不均、环流滋生、电压波动与跌落等问题，提出一种基于无功环路优化与动态虚拟复阻抗的协同改进控制策略。通过在无功功率环引入负载电压负反馈与积分环节，解决了传输阻抗耦合导致的无功分配精度低、电压波动大的问题；通过引入动态虚拟复阻抗，克服了传统固定虚拟阻抗电压跌落、工况适配性差的缺陷，实现环流的动态抑制与电能质量优化。
仿真测试结果表明，所提改进控制策略可在稳态与动态负载工况下，有效实现双机并联系统的功率精准均分，完全抑制系统内部环流，同时保障负载电压稳定运行，显著提升了多VSG并联微电网的供电稳定性与电能质量，可为分布式逆变器并联运行控制提供可靠的技术参考。
📚第二部分——运行结果
[核心复现]VSG双机并联动态虚拟复阻抗环流抑制+功率均分仿真
🎉第三部分——参考文献
文章中一些内容引自网络，会注明出处或引用为参考文献，难免有未尽之处，如有不妥，请随时联系删除。(文章内容仅供参考，具体效果以运行结果为准)
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