光伏储能虚拟同步发电机（VSG）无静差跟踪功率指令仿真模型探究

qFOIUpzn

299人浏览 · 2026-03-25 18:45:00

qFOIUpzn · 2026-03-25 18:45:00 发布

光伏储能虚拟同步发电机（VSG）无静差跟踪功率指令仿真模型附资料主电路：三相全桥逆变直流侧电压800V 光伏模块：光伏板结合Boost电路应用MPPT 储能模块：采用双闭环控制，外环直流母线电容稳压，内环为电池电流环控制。仿真工况初始状态：光伏模块保持最大功率输出10KW，直流母线电压800V 在0-0.5秒：VSG有功功率参考值为10KW，此时储能释放电池能量为0，考虑损耗，因此不完全为0 在0.5-1秒:VSG有功参考值升到20KW，此时储能进行能量补偿，输出约10KW的有功，直流母线电容电压仍然保持800V 在1-1.5秒:VSG有功参考值降至5KW，此时光伏输出大于VSG输出，因此储能吸收多余的能量，Vdc仍然保持稳定在1.5-2秒：直流母线电压由800降为700V，可以看到可以跟踪到给定参考电压值。 VSG并网仿真，效果完美采用LC滤波器，经典电压电流双闭环控制解耦仿真： ①设置了有功功率参考值阶跃以及无功功率参考值阶跃，仿真结果显示可以实现有功无功的无静差跟踪 ②VSG输出的电压电流波形THD均＜5% 可放心暂不支持，谢谢理解好的资料仿真可以事半功倍很值得学习借鉴的一份仿真，可以有助于您学习和理解97

在能源领域不断探索可持续发展的今天，光伏储能虚拟同步发电机（VSG）技术愈发受到关注。今天就来和大家详细聊聊这个“光伏储能虚拟同步发电机无静差跟踪功率指令仿真模型”。

一、主电路与各模块剖析

主电路：采用三相全桥逆变结构，直流侧电压设定为 800V 。这种三相全桥逆变电路在电力电子领域是非常经典的结构，它能够将直流电逆变为三相交流电，广泛应用于各种电能转换场景。在代码实现中，可能会涉及到对逆变桥开关管的控制，比如在Python中利用相关电力电子库，假设我们有一个简单的模拟开关管控制代码片段（伪代码示例）：

# 假设使用的库有相应的开关管对象
from power_electronics_library import Switch

# 创建三相全桥逆变桥的开关管对象
switch1 = Switch()
switch2 = Switch()
# 依次类推创建其他开关管对象

# 控制开关管导通与关断逻辑
def control_switch(switch, time):
    if time % 2 == 0:  # 简单示例，每2个时间单位切换一次状态
        switch.turn_on()
    else:
        switch.turn_off()

这里简单模拟了对开关管的控制，实际应用中会根据具体的调制策略如SPWM（正弦脉宽调制）等来精确控制开关管的导通和关断时间，以得到期望的交流电输出。

光伏模块：光伏板结合 Boost 电路应用 MPPT（最大功率点跟踪）。MPPT 的目的是让光伏板始终工作在最大功率输出点附近，以提高光伏能源的利用率。以常用的扰动观察法为例，用Python代码简单示意如下：

# 假设光伏板输出功率和电压、电流的关系已知
def photovoltaic_power(voltage, current):
    return voltage * current

# 扰动观察法实现MPPT
def mppt_perturb_and_observe(previous_voltage, previous_power, step_size):
    new_voltage = previous_voltage + step_size
    new_power = photovoltaic_power(new_voltage, calculate_current(new_voltage))  # 假设存在计算电流的函数
    if new_power > previous_power:
        step_size = step_size  # 继续朝该方向扰动
    else:
        step_size = -step_size  # 改变扰动方向
    return new_voltage, new_power, step_size

这个代码片段通过不断扰动光伏板的输出电压，观察功率变化来寻找最大功率点。

储能模块：采用双闭环控制，外环直流母线电容稳压，内环为电池电流环控制。外环控制确保直流母线电压稳定，内环精确控制电池充放电电流。以下是一个简单的双闭环控制概念代码框架（同样是伪代码）：

# 外环电压控制
def outer_loop_voltage_control(target_voltage, current_voltage):
    error = target_voltage - current_voltage
    # 简单的比例控制示例
    control_signal = error * kp_outer
    return control_signal

# 内环电流控制
def inner_loop_current_control(target_current, current_current):
    error = target_current - current_current
    control_signal = error * kp_inner
    return control_signal

这段代码展示了外环和内环分别根据电压误差和电流误差产生控制信号，以实现对储能模块的精确控制。

二、仿真工况解读

初始状态：光伏模块保持最大功率输出 10KW，直流母线电压 800V 。这为后续的仿真工况设定了一个起始稳态条件。
0 - 0.5 秒：VSG 有功功率参考值为 10KW，此时储能释放电池能量为 0（考虑损耗，因此不完全为 0）。这个阶段系统处于一种相对稳定的功率平衡状态，光伏输出满足 VSG 的功率需求，储能基本不参与能量调节。
0.5 - 1 秒：VSG 有功参考值升到 20KW，此时储能进行能量补偿，输出约 10KW 的有功，直流母线电容电压仍然保持 800V 。在这个阶段，储能模块发挥了关键作用，补充了光伏输出与 VSG 需求之间的功率差额，并且通过双闭环控制维持了直流母线电压稳定。
1 - 1.5 秒：VSG 有功参考值降至 5KW，此时光伏输出大于 VSG 输出，因此储能吸收多余的能量，Vdc 仍然保持稳定。储能模块从放电状态转为充电状态，继续维持系统的功率平衡和直流母线电压稳定。
1.5 - 2 秒：直流母线电压由 800 降为 700V，可以看到可以跟踪到给定参考电压值。这展示了系统在面对参考电压变化时的跟踪能力，进一步验证了双闭环控制等策略的有效性。

三、VSG 并网仿真亮点

采用 LC 滤波器，经典电压电流双闭环控制解耦：LC 滤波器用于滤除逆变器输出的高次谐波，使输出的交流电更加纯净。经典的电压电流双闭环控制解耦策略，能够分别对电压和电流进行精确控制，提高系统的稳定性和电能质量。
仿真效果
- 有功无功无静差跟踪：设置了有功功率参考值阶跃以及无功功率参考值阶跃，仿真结果显示可以实现有功无功的无静差跟踪。这意味着 VSG 能够快速、准确地响应功率指令的变化，保证了电力系统的稳定运行。
- 低 THD：VSG 输出的电压电流波形 THD 均＜5% 。低总谐波失真（THD）表明输出电能质量高，能够满足大多数电力设备的接入要求。

总的来说，这份“光伏储能虚拟同步发电机无静差跟踪功率指令仿真模型”资料非常值得学习借鉴，无论是对于理解 VSG 技术原理，还是实际的电力系统仿真开发，都具有重要的参考价值。希望大家能从这个分享中对 VSG 相关技术有更深入的了解，在能源领域的学习和研究中更进一步。