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MATLAB/Simulink 中基于线性自抗扰 LADRC 控制的虚拟同步机 VSG 预同步并离网切换仿真探究

news 2026/5/12 12:59:05

MATLAB/Simulink基于线性自抗扰LADRC控制的虚拟同步机VSG预同步并离网切换仿真模型附参考文献逆变器控制方式采用虚拟同步发电机控制（VSG），为逆变系统提供惯量、阻尼支撑；模型采用LADRC自抗扰控制，增加系统鲁邦性；并网采用预同步控制，减小冲击电流的影响。（1）传统VSG＋预同步并网 ①在0.2s时并入5kw功率负载，预同步信号时间设定在0.5秒，从仿真开始运行到0.5秒，预同步启动，VSG输出电压幅值、相位以及频率开始逐渐向电网电压同步，当VGS输出满足设定的并网条件就自动并网（大概在0.7秒）（2）传统VSG＋预同步并网（加入LADRC控制策略） ①也跟之前一样的时间设置，只不过加入了LADRC，可以发现在预同步开启之前VSG输出的电压波形跟电网电压很快就能达到并网条件，开启预同步，符合并网条件直接并网。附一篇硕士论文的LADRC自抗扰控制方法和一篇文献采用VSG预同步控制来并网，用于参考学习。

在电力电子领域，逆变器的控制方式对于逆变系统的稳定性和可靠性起着关键作用。虚拟同步发电机控制（VSG）近年来备受关注，它能够为逆变系统提供惯量和阻尼支撑，模拟传统同步发电机的特性。而将线性自抗扰控制（LADRC）与 VSG 相结合，并采用预同步控制实现并网，可以进一步优化系统性能。本文基于 MATLAB/Simulink 搭建相关仿真模型，并深入探讨其运行机制。

逆变器控制策略概述

虚拟同步发电机控制（VSG）

VSG 旨在模仿传统同步发电机的运行特性，通过控制逆变器输出的有功功率和无功功率，使其具有惯量和阻尼特性。以下是简化的 VSG 功率控制代码示例（MATLAB 伪代码）：

% 设定基本参数 P_nom = 1000; % 额定功率 Q_nom = 500; % 额定无功功率 omega_nom = 2*pi*50; % 额定角频率 V_nom = 220; % 额定电压 % 初始化变量 P = 0; Q = 0; omega = omega_nom; V = V_nom; % 功率计算与控制逻辑 while true % 根据负载变化计算功率 P_load = calculate_load_power(); Q_load = calculate_load_reactive_power(); % VSG 功率控制 P = P_nom - k_p*(omega - omega_nom); Q = Q_nom - k_q*(V - V_nom); % 根据功率调整输出 omega = omega + dt*(P - P_load)/J; V = V + dt*(Q - Q_load)/C; % 输出电压和频率 output_voltage(V, omega); end

这段代码大致模拟了 VSG 根据负载功率变化，通过调节自身的角频率和输出电压幅值来维持功率平衡的过程。kp和kq分别是有功和无功功率的调节系数，J模拟转动惯量，C类似电气容量。

线性自抗扰控制（LADRC）

LADRC 能够增加系统的鲁棒性，对系统内外部的扰动进行实时估计并补偿。以一个简单的二阶系统为例，LADRC 的核心代码如下：

% 系统参数 a1 = -2; a2 = -1; b0 = 1; % LADRC 参数 beta01 = 100; beta02 = 1000; beta1 = 10; beta2 = 20; tau0 = 0.01; % 初始化状态 x1 = 0; x2 = 0; z1 = 0; z2 = 0; z3 = 0; for k = 1:num_steps % 系统状态更新 x1_dot = x2; x2_dot = a1*x1 + a2*x2 + b0*(u - z3); x1 = x1 + dt*x1_dot; x2 = x2 + dt*x2_dot; % 扩张状态观测器（ESO）更新 e = z1 - x1; z1_dot = z2 - beta01*e; z2_dot = z3 - beta02*e + b0*u; z3_dot = -beta1*e; z1 = z1 + dt*z1_dot; z2 = z2 + dt*z2_dot; z3 = z3 + dt*z3_dot; % 状态反馈控制律 u0 = -beta2*x2 - beta1*x1; u = (u0 - z3)/b0; end

这里，LADRC 通过扩张状态观测器（ESO）实时估计系统状态和扰动z3，并在控制律中进行补偿，使系统对扰动具有更好的鲁棒性。

预同步控制

预同步控制的目的是减小并网时的冲击电流。在并网前，VSG 输出电压幅值、相位以及频率开始逐渐向电网电压同步。当满足设定的并网条件时，自动并网。

仿真模型运行场景分析

传统 VSG＋预同步并网

在这种场景下，设定在 0.2s 时并入 5kw 功率负载，预同步信号时间设定在 0.5 秒。从仿真开始运行到 0.5 秒，预同步启动，VSG 输出电压幅值、相位以及频率开始逐渐向电网电压同步。大概在 0.7 秒时，当 VSG 输出满足设定的并网条件就自动并网。这一过程中，VSG 根据负载变化以及预同步的调节，逐渐调整自身输出以适应电网。