基于模糊自抗扰的光储预同步虚拟同步发电机并网策略

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.260110

发电技术 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (1): 111-121.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.260110

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基于模糊自抗扰的光储预同步虚拟同步发电机并网策略

李涛¹^,², 张春¹^,², 胡添诚¹^,²

^1.安徽工程大学电气工程学院，安徽省芜湖市 241000
^2.高端装备先进感知与智能控制教育部重点实验室，安徽省芜湖市 241000

收稿日期:2025-01-04 修回日期:2025-02-19 出版日期:2026-02-28 发布日期:2026-02-12
通讯作者: 张春
作者简介:李涛(1997)，男，硕士研究生，研究方向为新能源发电、光储逆变器，1292669241@qq.com；
张春(1972)，男，硕士，教授，研究方向为智能控制理论与应用、智能微电网系统，本文通信作者，chzhang@ahpu.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金项目(U21A20146);安徽高校协同创新项目(GXXT-2020-070)

Pre-Synchronization Virtual Synchronous Generator Grid-Connection Strategy Based on Fuzzy Active Disturbance Rejection for Photovoltaic Storage

Tao LI¹^,², Chun ZHANG¹^,², Tiancheng HU¹^,²

^1.School of Electrical Engineering, Anhui Polytechnic University, Wuhu 241000, Anhui Province, China
^2.Key Laboratory of Advanced Sensing and Intelligent Control for High-End Equipment, Ministry of Education, Wuhu 241000, Anhui Province, China

Received:2025-01-04 Revised:2025-02-19 Published:2026-02-28 Online:2026-02-12
Contact: Chun ZHANG
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(U21A20146);Anhui University Collaborative Innovation Project(GXXT-2020-070)

摘要/Abstract

摘要：

目的虚拟同步发电机(virtual synchronous generator，VSG)因其能够调节逆变器并网中的阻尼和惯性而得到广泛应用。但在实际工况下，线路普遍存在阻抗以及离/并网预同步过程中容易出现电压电流畸变。为此，对VSG的控制结构和预同步方法进行了优化。方法采用光伏发电系统和混合储能代替传统的直流源用于模拟实际情况，并在传统VSG模型中增加虚拟有功和虚拟电流来补偿并网过程中存在的相位差和幅值差，以实现频率和电压的调节。针对传统线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control，LADRC)系统中的PD控制参数选定问题，采用模糊控制在线自适应整定PD控制参数，并将LADRC引入有功环进行二次调频，以增加系统的鲁棒性。结果通过MATLAB/Simulink的仿真验证了该方法设计的可行性，表明预同步控制系统运行效果优越。结论模糊LADRC可以快速实现平滑并网，抑制网侧电流冲击和降低频率振荡，从而提高并网逆变器-电网交互系统的稳定性。

关键词: 虚拟同步发电机(VSG), 微电网, 分布式能源, 预同步, 阻抗, 虚拟电流, 模糊线性自抗扰控制, 光储系统

Abstract:

Objectives Virtual synchronous generator (VSG) technology is extensively utilized for its capability to regulate damping and inertia during inverter grid connection. However, line impedance is commonly present, and voltage and current distortions are prone to occur during the pre-synchronization process of disconnection and grid connection. Therefore, the control structure and pre-synchronization method of VSG are optimized. Methods A photovoltaic power generation system and hybrid energy storage are used to replace a traditional DC source, simulating actual conditions. Virtual active power and virtual current are incorporated into the conventional VSG model to compensate for phase and amplitude differences during grid connection, thereby achieving frequency and voltage regulation. To address the issue of selecting PD control parameters in a traditional linear active disturbance rejection control (LADRC) system, fuzzy control is employed to adaptively adjust these PD parameters online. Furthermore, LADRC is introduced into the active power loop for secondary frequency regulation, which enhances system robustness. Results The feasibility of the proposed method is verified through MATLAB/Simulink simulation, which demonstrates the excellent performance of the pre-synchronization control system. Conclusions The fuzzy LADRC enables rapid and smooth grid connection, suppresses grid-side current surges, and reduces frequency oscillations, thereby improving the stability of the grid-connected inverter-grid interaction system.

Key words: virtual synchronous generator (VSG), microgrid, distributed energy, pre-synchronization, impedance, virtual current, fuzzy linear active disturbance rejection control, photovoltaic storage system

中图分类号:

TK 02

李涛, 张春, 胡添诚. 基于模糊自抗扰的光储预同步虚拟同步发电机并网策略[J]. 发电技术, 2026, 47(1): 111-121.

Tao LI, Chun ZHANG, Tiancheng HU. Pre-Synchronization Virtual Synchronous Generator Grid-Connection Strategy Based on Fuzzy Active Disturbance Rejection for Photovoltaic Storage[J]. Power Generation Technology, 2026, 47(1): 111-121.

图/表 15

图1 光储VSG微网控制系统结构图

Fig. 1 Structure diagram of photovoltaic storage VSG microgrid control system

图2 混合储能控制策略

Fig. 2 Hybrid energy storage control strategy

图3 预同步控制策略框图

Fig. 3 Block diagram of pre-synchronization control strategy

图4 二阶LADRC结构框图

Fig. 4 Block diagram of second-order LADRC

图5 有功环的LADRC控制结构

Fig. 5 LADRC control structure for active power loop

图6 模糊LADRC控制框图

Fig. 6 Block diagram of fuzzy LADRC control

表1 模糊规则

Tab. 1 Fuzzy rules

e	n
e	NB	NM	NS	ZO	PS	PM	PB
NB	PB/PB	PB/PB	PB/PB	PB/NB	PS/NB	ZO/NM	NS/NS
NM	PB/PB	PB/PB	PM/PM	PM/NM	ZO/ZO	NS/PS	NM/PM
NS	PB/PB	PM/PM	PM/PM	PS/NS	NS/PM	NM/PB	NB/PB
ZO	ZO/ZO	ZO/ZO	ZO/ZO	ZO/ZO	ZO/ZO	ZO/ZO	ZO/ZO
PS	NB/PM	NM/PB	NS/PM	PS/NS	PM/PM	PM/PM	PB/PB
PM	NM/PM	NS/PS	ZO/ZO	PM/NM	PB/PM	PB/PB	PB/PB
PB	NS/NS	ZO/NM	PS/NB	PB/NB	PB/PB	PB/PB	PB/PB

表2 系统仿真参数

Tab. 2 System simulation parameters

参数	数值	参数	数值
直流母线参考电压/V	1 500	逆变器负荷/kW	40
蓄电池输出功率/kW	30	网侧负荷/kW	40
惯性系数	0.003 1	有功参考值/kW	80
虚拟惯量/(kg⋅m²)	0.5	滤波电感/mH	5
虚拟阻尼/(N⋅m⋅s/rad)	20	滤波电容/μF	0.2
额定频率/Hz	50	开关频率/kHz	20

图7 系统功率变化曲线

Fig. 7 System power variation curves

图8 直流母线电压变化曲线

Fig. 8 DC bus voltage variation curve

图9 预同步电压波形

Fig. 9 Pre-synchronization voltage waveform

图10 电网两端电压差值

Fig. 10 Voltage difference between two ends of network

图11 常规VSG、LADRC和模糊LADRC 3种控制的预同步仿真波形对比

Fig. 11 Comparison of pre-synchronization simulation waveforms of conventional VSG, LADRC, and fuzzy LADRC controls

表3 3种算法仿真结果比较

Tab. 3 Comparison of simulation results for three algorithms

参数	常规VSG	LADRC	模糊LADRC
并网时间/s	0.437	0.407	0.403
频率振荡最大范围/Hz	1.029 0	1.041 5	0.995 8
并网时电流平均峰值/A	56.942 5	44.938 1	39.213 4
离网功率波动峰值/W	80 478.5	80 402.7	80 237.7

图12 系统并网运行仿真波形

Fig. 12 Simulation waveform of system grid-connected operation

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基于模糊自抗扰的光储预同步虚拟同步发电机并网策略

Pre-Synchronization Virtual Synchronous Generator Grid-Connection Strategy Based on Fuzzy Active Disturbance Rejection for Photovoltaic Storage

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