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📋📋📋本文目录如下：🎁🎁🎁
目录
💥1 概述
这是一个作为电力质量调节系统为被动网络供电的背对背高压直流调制多电平变流器。该模型的目的是模拟背对背高压直流调制多电平变流器（MMC）作为一个电力质量调节系统为整个电力网络供电。因此，这个模块化多电平逆变器可以作为远端变流器运行，也称为孤岛模式。
这样一个电力质量调节系统的主要目标是能够保护敏感的电力网络免受瞬态电压降的影响。这是通过利用MMC子模块的内部储能以及整流器在瞬态电压降期间控制线路电流为名义值来实现的。这使得系统具有非常灵活和即时的缓解能力。此外，该系统还具有一些强大的功能，如无功功率补偿、低谐波失真和卓越的冗余性。
背对背高压直流调制多电平变流器用于被动网络，作为电力质量调节系统为被动网络供电。该系统旨在模拟背对背高压直流调制多电平变流器（MMC）作为电力质量调节系统，为整个电力网络提供电力。在此模型中，多电平逆变器作为远端变流器运行，也被称为孤岛模式。
该电力质量调节系统的主要目标是保护敏感的电力网络免受瞬时电压降低的影响。为实现这一目标，系统利用MMC子模块的内部能量储存，并在瞬时电压降低期间通过控制整流器以维持线电流在名义值来实现。这使得系统具有非常灵活和即时的缓解能力。此外，该系统还具备无功功率补偿、低谐波失真和优良的冗余性等强大特性。
背对背高压直流调制多电平变流器作为电力质量调节系统为被动网络供电，通过其内部能量储存和灵活控制，能够有效保护电力网络免受瞬时电压降低的影响，同时具备多种强大特性，为整个电力系统的稳定和可靠运行提供了重要保障。
一、MMC的基本原理与结构
1.1 拓扑结构与工作原理
MMC是一种通过子模块（Submodule, SM）串联或并联实现多电平输出的变流器。每个子模块由半导体开关（如IGBT）和储能元件（通常为电容器）构成。其核心机制是通过控制子模块的插入（投入）或旁路（切除）状态，合成阶梯状交流电压波形，从而显著降低谐波失真。例如，当开关处于位置A时，子模块电容电压被接入电路；处于位置B时则被旁路。多个子模块的协同工作可实现近似正弦的电压输出。
1.2 子模块类型与配置
常见的子模块拓扑包括半桥（HBSM）、全桥（FBSM）和混合型结构。全桥子模块在故障穿越能力上表现更优，适用于需要应对直流侧短路等严苛条件的场景。子模块的电容电压需通过均压算法保持均衡，通常采用最近电平逼近调制（NLM）或载波移相调制（CPS-PWM）。
1.3 背对背HVDC-MMC架构
在背对背（Back-to-Back, B2B）配置中，两个MMC通过直流母线互联，形成双向电力传输通道。这种结构适用于电网互联、孤岛供电及电能质量综合治理，尤其能快速响应电压骤降、谐波干扰等问题。
二、MMC在电力质量调节中的应用
2.1 核心功能
- 瞬态电压抑制：通过子模块电容的快速充放电，在电网电压骤降期间维持负载侧电压稳定。例如，MMC可在20ms内响应电压跌落，将线路电流控制在标称值。
- 无功功率补偿：通过调节交流侧电压相位与幅值，动态补偿无功功率，改善功率因数。
- 谐波消除：多电平输出特性可将总谐波失真（THD）降至1%以下，显著优于传统两电平变流器。
- 冗余性与可靠性：子模块的模块化设计允许故障单元旁路，系统可继续降额运行，提高容错能力。
2.2 典型应用场景
- 被动网络供电：在无源电网（如孤岛或弱电网）中，MMC作为远程端换流器提供电压支撑，抑制电压波动。
- 新能源并网：光伏/风电系统中，MMC-UPQC（统一电能质量调节器）可同时治理谐波、电压波动及无功不平衡。
- 铁路牵引供电：MMC-RPC（铁路功率调节器）用于补偿负序电流、谐波和无功功率，保障高速铁路供电质量。
三、数学建模与控制策略
3.1 动态模型
MMC的数学模型需考虑交流侧功率方程、直流侧电容动态及环流特性。典型的状态空间方程如下：
3.2 控制策略
- 分层控制架构：
- 外环控制：调节直流电压或功率，采用PI控制器实现稳态跟踪。
- 内环控制：采用模型预测控制（MPC）或滑模控制（SMC）实现电流快速跟踪，抑制环流。
- 创新算法：
- ANFIS控制：结合模糊逻辑与神经网络，提升非线性工况下的鲁棒性，THD可降低至2.5%以下。
- 无源性滑模控制：在电网电压不平衡时，通过构造能量函数实现稳定补偿，响应时间<10ms。
四、仿真工具与参数设置
4.1 仿真平台
- MATLAB/Simulink：广泛用于MMC系统建模，支持自定义子模块和控制器设计。
- PSCAD/EMTDC：适用于大规模电网仿真，可分析MMC-HVDC的暂态特性。
4.2 典型参数配置
| 参数 | 典型值 | 说明 |
|---|---|---|
| 子模块电容 | 3.3-10 mF | 根据功率等级选择 |
| 直流母线电压 | ±200 kV (HVDC) | 高压输电场景 |
| 开关频率 | 1-2 kHz | 平衡损耗与谐波性能 |
| 均压控制周期 | 50-100 μs | 快速排序算法优化效率 |
五、实际应用案例与挑战
5.1 成功案例
- Transbay HVDC项目：美国加州采用MMC实现400kV直流输电，谐波失真<1%。
- 铁路变电站：25kV/50Hz系统使用B2B-MMC，在负载突变时电压波动<5%。
- 粒子加速器供电：MMC-HVDC提供低纹波（<0.1%）电源，保障设备稳定性。
5.2 技术挑战
- 子模块故障管理：需设计快速故障检测与重构策略，避免连锁故障。
- 参数敏感性：电容老化、温度漂移影响均压精度，需在线参数辨识。
- 计算复杂度：大规模MMC（如1000+子模块）的实时控制需优化算法效率。
六、未来研究方向
- 人工智能融合：基于深度学习的故障预测与自适应控制。
- 宽禁带器件应用：SiC/GaN器件提升开关频率至10kHz以上，进一步降低损耗。
- 多端直流电网：MMC在直流微网中的协同控制与能量路由。
📚2 运行结果
其他就不一一展示。
Matlab代码：
clc
%Initial time constants:
Ts_Power =20e-6; %Power System sampling time.
Ts_Control=40e-6; %Control system sampling time.
Fc = 50; %Switching frequency of semi-conductors.
%% Grid Parameters:
f = 50; %grid frequency.
w = 2*pi*f; %angular frequency.
V_prim = 400e3; %Primary dist grid.
V_grid = 66e3; %RMS L-L Voltage of B2B.
Skk = 12000e6; %Maximum short circuit power of source
xr_ratio = 14.28; %X/R ratio of grid.
z_int_400 = sqrt(3)*(V_prim)^2/Skk; %Base impedance in short circuit of source.
R_int = sqrt((z_int_400^2)/(1+xr_ratio^2)); %Internal Resistance source.
X_int = R_int*xr_ratio; %Internal reactance source.
L_int = X_int/w; %Internal inductance source.
z0z1 = 0.8; %Zero sequence impedance
%% Load Parameters:
P_nom = 220e6; %Nominal power of converters.
S_nom = 220e6; %Nominal apparent power of converters.
I_nom = S_nom/(sqrt(3)*V_grid); %Nominal line current.
P_load = 110e6; %Load active power nominal.
Q_load = 0e6; %Load reative power nominal.
S_load = sqrt(P_load^2 + Q_load^2); %Apparent load power
R_startup = 17; %Startup resistance for inrush.
P_DynLoad = 100e6; %Non-ideal Load Active Power.
Q_DynLoad = 50e6; %Non-ideal Load Reactive Power.
%%
%%TRANSFORMER 1:
V1_prim = V_prim;
V1_sec = V_grid;
S1_nom = P_nom;
L1_pu = 0.109;
R1_pu = 0.00206;
Rg_T1 = 40;
%%
%%TRANSFORMER 2:
V2_prim = V_grid;
V2_sec = 18e3;
S2_nom = P_nom;
L2_pu = 0.0824;
R2_pu = 0.00206;
%% DC Link Parameters:
Vdc_nom = 135e3; %Rated DC voltage.
%% Submodule Parameters - Rectifier and Inverter:
n = 50; %Number of submodules per arm, Rectifier.
n2 = 50; %Number of submodules per arm, Inverter.
C_pm = 10.48e-3; %Submodule capacitor capacitance.
Vc_pm_i = 0*Vdc_nom/n2; %Initial SM capacitor voltage inverter.
Vc_pm_r = 0*Vdc_nom/n; %Initial SM capacitor voltage rectifier.
%% Converter arms - Rectifier and Inverter:
R_arm = 0.03; %Arm resistance.
L_arm_pu = 0.15; %Arm inductance in per-unit.
Z_base66 = (sqrt(3)*(V_grid)^2)/(S_nom); %Network impedance.
L_arm = L_arm_pu*Z_base66/w; %Arm inductance.
R_arm_pu = R_arm/Z_base66; %Arm resistance in per-unit.
%% Controller settings
%%Rectifier Parameters:
Kp_Ireg_r = 2; %Parameter of Inner current control.
Ki_Ireg_r = 100; %Parameter of Inner current control.
Ireg_lim_r = [1.5, -1.5]; %Limit control for current loop.
Kp_DCreg_r = 8; %Outer voltage controller for rectifier.
Ki_DCreg_r = 150; %Outer voltage controller for rectifier.
DC_lim = [1.05 -1.05]; %Limits for DC regulator (Maximum current allowed).
%%Inverter Parameters:
Kp_Ireg_i = 2; %Parameter of Inner current control.
Ki_Ireg_i = 200; %Parameter of Inner current control.
Ireg_lim_i = [1.5, -1.5]; %Limit control for current loop.
V_ac_ref = 1.035; %voltage reference for load in p.u.
Kp_ACreg_i = 2; %Outer voltage controller for rectifier.
Ki_ACreg_i = 260; %Outer voltage controller for rectifier.
AC_lim = [1.5 -1.5]; %Limits for AC voltage regulator.
🎉3 参考文献
文章中一些内容引自网络，会注明出处或引用为参考文献，难免有未尽之处，如有不妥，请随时联系删除。(文章内容仅供参考，具体效果以运行结果为准)
[1]王霖.基于模块化多电平变流器的柔性高压直流输电系统研究[D].中国科学院大学,2014.
[2]姚骏,谭义,裴金鑫,等.模块化多电平变流器高压直流输电系统直流故障改进控制策略简[J].电工技术学报, 2018, 33(14):13.DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.170614.
[3]ZHAO Cong,赵聪,LI Yaohua,等.适合于柔性高压直流输电系统的模块化多电平变流器的自适应均压方法[C]//北京电力电子学会2017电力电子论坛.0[2023-12-07].