IBR 动态建模与仿真
模式切换混合模型
C1-08 · 讲解 + 仿真 + 练习 · 建议 90 分钟
用各模式动态与明确的状态重置描述 GFL–GFM 切换。
学习目标
- 区分模式切换与并联运行。
- 解释 reset、hold 与 release 操作。
从结构到模型
模式决定当前哪些方程生效
模式切换逆变器每次只有一个控制器处于激活状态。令 m ∈ {GFL, VSM}，事件之间满足 ẋ = f_m(x,u)，切换时满足 x⁺ = R(x⁻,u)。活动状态向量与用于保存变量的联合 checkpoint 是两个概念，联合保存表不能直接视为更大的 ODE。
这个演示先使用四状态 GFL，在 1 s 施加指令扰动，在 2 s 切换到四状态 VSM。虽然两者长度都是四，但含义不同：[δ_PLL, ξ_PLL, i_d, i_q] 不能原样复制为 [δ_source, ω, P_f, Q_f]。
构造满足端口关系的重置
切换前记录 PCC 电压 V、注入电流 I、P、Q 和 PLL 频率 ω。接入的新源必须满足 U⁺ = V⁻ + Z_f I⁻，角度设为 arg(U⁺)，频率设为 ω⁻，功率滤波状态设为 P⁻、Q⁻。通过新源阻抗，这些条件重建相同的端口电压和电流。
再设 E₀⁺ = |U⁺| + n_q(Q⁻ − Q*)，P*⁺ = P⁻ + D(ω⁻ − 1)，使电压偏置匹配、初始 VSM 加速度为零。这是重新校准接入控制器指令和电压偏置的显式策略，并不保证切换前 P* 原封不动地保留。
检查哪些量连续
重置检查取复数 PCC 电压、P、Q、内部频率跳变量的最大值；默认结果应接近浮点舍入误差。源角度允许变化，因为接入源位于阻抗之后，而退出角度属于 PLL。这里不应把角度数值相等作为连续性条件。
1 s 的独立扰动仍可能引起代数电压跳变。重置条件针对 2 s 的切换事件，不意味着任意输入变化都保持连续。
详细切换模型还需要什么
实验只包含一次定时切换，未加入非活动控制器跟踪、限幅、驻留时间或保护触发。仓库 VSM–PLL 切换 Notebook 进一步处理 hold/release 策略和不同活动状态维度，也区分了稳定的控制器专用演示参数与相同增益下不稳定的 GFM 端点。仅验证两个端点，不能验证同一设备的模式切换。
核心方程
\dot x=f_m(x,u),\qquad x^+=R_{m^-\to m^+}(x^-,u)U^+=V^-+Z_f I^-,\quad\delta^+=\arg U^+,\quad\omega^+=\omega^-,\quad P_f^+=P^-,\quad Q_f^+=Q^-E_0^+=|U^+|+n_q(Q^--Q^*),\qquad P^{*+}=P^-+D(\omega^--1)仿真实验
- 运行定时切换，检查 2 s 前后的轨迹。
- 读取数值检查中的重置残差和最终指令偏置。
- 在 reset_to_vsm() 中，故意将重置角度改为 PLL 角度，观察跳变。
实验室 · Python 在浏览器内运行
预测 → 运行 → 检查
先预测响应，再修改参数并点击运行。初始曲线是由同一求解器生成的基准结果。首次计算需要联网加载 Python，之后无需重新下载。
正在读取基准结果…
数值检查与采样结果
低频教学模型：额定频率代数网络、理想电流 / 电压实现。50 Hz，10 kVA，400 V；PCC 初始总 P = 0.6、Q = 0；X/R = 10。τᵢ = 0.02 s，τₚ = 0.1 s，τq = 0.05 s，nq = 0.0325；GFM 源阻抗 0.00625 + j0.1 pu。未保留 LCL、内部 PI、直流动态或限流。
修改模型与复现实验
下方代码读取上方参数，但结果独立绘制。修改实验或展开模型源码，可检验自己的预测。下载实验可获得含参数、完整求解器和实验代码的单个 .py 文件；本地只需 Python 3。
case 是点击运行时的参数快照。调用 solve(case)，将最终解赋给 result，即可绘制代码结果。
首次运行需联网下载 Python 环境。计算在浏览器内完成，求解器只用 Python 标准库。
准备运行。
输出将在这里显示。
Python 计算结果
查看并编辑模型源码（进阶）
源代码包含坐标变换、LCL、PLL、droop、VSM、共享 PCC 与显式模式重置。修改源码只影响下次 Python 实验；上方仿真实验继续使用原始教学方程。
检查理解
解释为什么端点稳定不足以验证切换过程。
继续学习：源仓库
本单元根据 PINN-IBR 本地材料整理（审阅日期 2026-10-03）。网页代码为单独编写的教学实现；以下路径对应完整模型、配置和研究案例。
Coding/Modeling/Single-IBR-Infinite-Bus/10_VSM_PLL_Transition_Infinite_Bus.ipynbCoding/Modeling/src/ibrsim/models/vsm_pll_transition.py