构网型逆变器下垂控制与电流限幅策略研究：理论、仿真与代码实现

构网型逆变器下垂控制与电流限幅策略研究：理论、仿真与代码实现

摘要

随着分布式发电和微电网技术的快速发展，构网型（Grid-Forming, GFM）逆变器因其能够自主建立电压和频率参考、支撑弱电网及孤岛运行而受到广泛关注。本文提出并实现了一种基于下垂控制的构网型逆变器控制策略，将逆变器等效为受控电压源，通过L型滤波器接入配电网。在公共耦合点（PCC）处实时测量三相电压和电流，计算有功和无功功率，进而采用P-w和Q-V下垂控制生成内部频率和电压幅值，合成三相参考电压。针对故障情况下过电流问题，设计了一种自适应电流限幅模块：当电流幅值超过设定上限时，动态降低电压参考系数k_scale，从而限制输出电流，保护电力电子器件并维持系统稳定。本文在MATLAB/Simulink环境中搭建了完整的仿真模型，设定了0.2秒发生三相短路故障、0.3秒故障清除并同时投入附加负载的事件序列。仿真结果验证了所提限流策略的有效性：故障期间电流快速上升，限流器迅速响应降低k_scale，从而降低参考电压，将电流钳制在安全范围内；故障清除后系统能够平滑恢复，并适应新增负载，维持稳定运行。本文提供了详细的数学模型、控制框图、完整的MATLAB代码及逐段解释，可为构网型逆变器控制及限流保护设计提供理论参考和工程实践指导。

关键词：构网型逆变器；下垂控制；电流限幅；故障穿越；受控电压源；LCL/L滤波器

1. 引言

1.1 研究背景与意义

在全球能源转型和“双碳”目标驱动下，以光伏、风电为代表的分布式发电（Dist