多台三相逆变器并联仿真：基于VSG控制的功率均分探索

多台三相逆变器并联（本模型为三台并联，市面上多为两台并联）matlab/simulink仿真。 功能：实现并联系统中各逆变器输出功率均分。 （有能力的话还可以研究下垂特性、功率指令以及静态功工作点三者之间的联系） 控制策略：VSG控制策略（虚拟同步机控制） 逆变器主电路：三相逆变器，LCL滤波电路，VSG控制模块。 VSG控制模块：定、转子方程，dq变换，电压电流双闭环，预同步，pwm发生器。

大家好，今天我来和大家分享一个关于多台三相逆变器并联的仿真研究。这个项目的核心目标是实现并联系统中各逆变器的输出功率均分，同时深入探讨一下VSG（虚拟同步机）控制策略在其中的作用。虽然市面上常见的逆变器并联方案多是两台并联，但这里我选择了三台并联的模型，算是一个小创新吧。

系统概述

整个系统主要由以下几个部分组成：

1. 三相逆变器主电路：采用LCL滤波电路，这是目前比较常见的滤波方案。
2. VSG控制模块：包括定、转子方程，dq变换，电压电流双闭环，预同步，PWM发生器等。
3. 并联控制策略：基于VSG的功率均分控制。

整体框图大概是这样的：

!系统框图

VSG控制模块详解

VSG控制的核心思想是让逆变器模拟同步发电机的特性，从而实现并联运行时的功率均分。这里我简单梳理一下VSG控制模块的主要部分。

dq变换

首先，dq变换是将三相静止坐标系下的电压和电流转换到旋转坐标系下，便于控制。这部分的代码大概是这样的：

function [v_d, v_q] = dq_transform(v_a, v_b, v_c, theta) % theta为旋转角度 v_d = v_a * cos(theta) + v_b * cos(theta - 2*pi/3) + v_c * cos(theta + 2*pi/3); v_q = -v_a * sin(theta) - v_b * sin(theta - 2*pi/3) - v_c * sin(theta + 2*pi/3); end

通过dq变换，我们可以更容易地控制逆变器的输出。

转子方程与定子方程

VSG控制中，转子方程模拟了同步发电机的转子运动，而定子方程则模拟了定子侧的电磁特性。这部分的代码比较复杂，但核心是通过调节转子角频率来实现功率调节。

% 转子方程 omega_r = omega_s + (P * delta) / T_r; % 定子方程 v_d = V_s * cos(delta); v_q = V_s * sin(delta);

电压电流双闭环

双闭环控制是VSG控制中的关键部分，外环控制电压，内环控制电流。外环通过调节虚拟转子角频率来实现电压调节，内环则通过调节电流来实现功率调节。

% 外环电压控制 error_v = V_ref - v_d; omega_s = omega_s + K_p_v * error_v + K_i_v * integral(error_v); % 内环电流控制 error_i = I_ref - i_d; i_q = K_p_i * error_i + K_i_i * integral(error_i);

并联运行与功率均分

在并联运行中，功率均分是一个关键问题。传统的下垂控制通过调节频率和电压来实现功率均分，而VSG控制则通过模拟同步发电机的特性来实现更稳定的功率分配。

下垂特性与功率指令

下垂特性是并联逆变器功率均分的基础。功率指令决定了每个逆变器的输出功率目标，而下垂特性则决定了当负载变化时，逆变器如何调整自身的输出。

% 下垂特性 f = f_base - K_f * P_total; V = V_base - K_v * Q_total;

通过调整频率和电压，逆变器可以实现功率均分。

静态工作点

静态工作点是系统稳定运行的基础。在VSG控制中，静态工作点由虚拟同步机的参数决定，包括虚拟惯性、阻尼等。

% 静态工作点 P_mech = P_elec + (omega_r - omega_s) * T_r;

通过调节这些参数，可以实现系统的稳定运行。

仿真结果与分析

经过仿真，我们得到了以下结果：

功率均分效果

从仿真结果可以看出，三台逆变器在并联运行时，功率分配基本均匀。这表明VSG控制策略在功率均分方面表现良好。

!功率均分

下垂特性验证

下垂特性在并联运行中起到了关键作用。当负载变化时，逆变器的频率和电压会相应调整，从而实现功率均分。

多台三相逆变器并联（本模型为三台并联，市面上多为两台并联）matlab/simulink仿真。 功能：实现并联系统中各逆变器输出功率均分。 （有能力的话还可以研究下垂特性、功率指令以及静态功工作点三者之间的联系） 控制策略：VSG控制策略（虚拟同步机控制） 逆变器主电路：三相逆变器，LCL滤波电路，VSG控制模块。 VSG控制模块：定、转子方程，dq变换，电压电流双闭环，预同步，pwm发生器。

!下垂特性

静态工作点稳定性

静态工作点的稳定性是系统稳定运行的基础。从仿真结果可以看出，系统在静态工作点附近具有良好的稳定性。

!静态工作点

总结

通过这次仿真研究，我们验证了基于VSG控制的多台三相逆变器并联系统的功率均分效果。VSG控制策略在实现功率均分方面表现优异，同时下垂特性和静态工作点的分析也为系统的优化提供了重要的参考。

当然，这只是初步的研究，还有很多可以深入的地方。比如，可以进一步研究下垂特性与功率指令之间的动态关系，或者探索更复杂的并联拓扑结构。希望这篇博文能为各位提供一些启发，也欢迎大家一起交流讨论！