电压型虚拟同步发电机（VSG）离网仿真模型，包含电压电流双闭环，有功无功外环控制，虚拟阻抗。 MATLAB的2018以上版本都可以～
电压型虚拟同步发电机(VSG)的离网控制就像在玩电路版的"平衡木"游戏——既要稳住输出电压，又要实现功率自主分配。今天咱们拆解的这个仿真模型，核心是三个关键词：双闭环、外环控制、虚拟阻抗。别被这些术语吓到，咱们直接上手看干货。
先看模型结构的主框架，在Simulink里搭出来大概长这样：
VSG_Controller/
├── Power_Loop % 有功-频率环
├── Voltage_Loop % 电压环
├── Current_Loop % 电流环
└── Virtual_Impedance_Block % 虚拟阻抗模块
重点说电压电流双闭环的实现。电流内环的响应速度必须是全场最快，这里用了离散PID控制器：
function i_dq = current_controller(v_ref, v_meas, i_meas, Ts)
persistent integrator;
if isempty(integrator)
integrator = [0; 0];
end
Kp = 0.5; % 实测调到0.3-0.8之间比较稳
Ki = 120; % 这个值别超过200
error = v_ref - v_meas;
integrator = integrator + Ki*Ts*error;
i_dq = Kp*error + integrator - 0.1*i_meas; % 0.1是电流前馈系数
end
这段代码里的门道在于最后那行减去的电流前馈项，相当于给系统加了个"预判机制"。遇到过冲现象时，把0.1调到0.15~0.2区间效果立竿见影。
有功控制环有个容易踩坑的地方——转动惯量J的取值。仿真时发现当J=0.5时系统响应像喝醉的大象，改成0.05后动态特性明显改善。这里面的经验公式：
J = (P_rated * 0.02) / (2*pi*f_rated); % 额定功率取2%作为惯性基准
虚拟阻抗模块是保证稳定性的秘密武器，核心代码就三行但效果拔群：
function v_output = virtual_impedance(i_output, Lv, Rv)
di = diff(i_output); % 微分项防震荡
v_drop = Lv*[0; di(1:end-1)]/Ts + Rv*i_output;
v_output = v_output - v_drop;
end
特别注意微分项的处理方式，直接对电流差分会导致噪声放大，所以这里用了移位操作。Lv建议从1mH开始调，超过5mH容易引发谐振。
最后给个仿真参数设置的小抄：
cfg.sample_time = 50e-6; % 别低于100us
cfg.switch_freq = 10e3; % 10kHz开关频率
cfg.dc_link_voltage = 800; % 直流母线电压
cfg.grid_voltage = 311; % 相电压峰值
跑仿真时如果发现波形抖动，先把采样时间砍半试试。遇到功率振荡别急着调参数，检查下锁相环带宽是否在20-50Hz范围内。这些实战经验都是调参调出来的，比教科书上的公式管用多了。
直接上干货！今天咱们来盘一盘电压型虚拟同步发电机（VSG）的离网仿真建模。这玩意儿说白了就是让逆变器模仿同步发电机的运行特性，核心在于既要稳住电压电流，又要实现功率自主调节。不整虚的，直接看仿真框架怎么搭。
先看外环控制部分。有功-频率控制模块里有个关键公式：Δω = (Pref - P)/(Jω0s + D)。用MATLAB函数实现大概长这样：
function delta_omega = active_power_control(P_ref, P_meas, J, D, omega_0)
s = tf('s');
G = 1/(J*omega_0*s + D);
delta_omega = lsim(G, P_ref - P_meas, t);
end
这里J是虚拟转动惯量，D相当于阻尼系数。实际调试中发现，J取值过大会导致动态响应迟缓，建议从0.5~2 kg·m²开始试。
电压环这边要注意q轴电压给定值计算。无功-电压下垂特性公式Q = Kq(Vref - V)，建议用离散化处理：
K_q = 0.05; % 无功下垂系数
V_ref = 311; % 额定电压幅值
V_meas = RMS(voltage); % 实测电压有效值
Q_ref = K_q * (V_ref - V_meas);
重点来了，虚拟阻抗环节！这是实现VSG特性的关键，直接影响输出阻抗特性。核心代码实现：
function [Vd_ref, Vq_ref] = virtual_impedance(Id, Iq, Rv, Lv, omega)
Vd_comp = Rv*Id - omega*Lv*Iq;
Vq_comp = Rv*Iq + omega*Lv*Id;
Vd_ref = Vd_ref_origin - Vd_comp;
Vq_ref = Vq_ref_origin - Vq_comp;
end
这里Rv建议取0.1~0.3Ω，Lv根据系统感抗选取。有个坑要注意：虚拟电感参数与实际线路电感比值超过1:5时，系统容易振荡。
内环控制建议用解耦PI：
Kp = 5; Ki = 500; % 电流环参数
cross_coupling = omega*Lf*Iq; % 交叉耦合项
Vd = Kp*(Id_ref - Id) + Ki*integral(Id_ref - Id) - cross_coupling;
Vq = Kp*(Iq_ref - Iq) + Ki*integral(Iq_ref - Iq) + cross_coupling;
仿真时建议先开环跑个阶跃响应，观察虚拟阻抗是否正常发挥作用。有个实用调试技巧：把虚拟阻抗模块暂时旁路，对比波形变化能快速定位问题。
最后说个实战经验：离网模式下负载突变时，有功环和无功环的响应时间差要控制在20ms以内，否则会出现电压闪变。可以通过调整下垂系数和惯性时间常数来优化，具体参数得根据实际系统容量来。
模型跑起来之后重点看三个指标：突加负载时的频率跌落不超过0.5Hz，电压暂态跌落<5%，功角摆动在3个周期内收敛。做到这几点，你的VSG离网模型就算合格了。下次可以聊聊并网模式的相位自同步怎么搞，感兴趣的评论区扣1。
