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文章编号：１００４－２８９Ｘ（２０２０）０６－００３２－０５模块化多电平换流器改进简化模型及分析张?一１，陈和洋２，罗赫平１（１．福州大学电气工程与自动化学院，福建 福州 ３５０１０８；２ 国网龙岩供电公司，福建 龙岩 ３６４０００）摘 要：模块化多电平换流器（ＭＭＣ）在电平数较多情况下采用等效模型进行电磁暂态仿真对解决仿真效率低问题具重要意义。
实际子模块中存在均压电阻，现有建模方法往往对其进行忽略，本文对含均压电阻的受控源桥臂等效模型建模进行改进简化，进一步提高ＭＭＣ受控源等效模型仿真的精度和效率。
方法通过对ＭＭＣ子模块开关器件以开关状态形式进行简化，基于递推Ｄｏｍｍｅｌ等值计算方法，降低子模块电容电压更新计算复杂度进而提高仿真效率。
并在ＰＳＣＡＤ软件进行仿真分析两种常见详细等值模型，为ＭＭＣ模型选取提供选择依据。
关键词：模块化多电平换流器；受控源等效模型；电磁暂态仿真中图分类号：ＴＭ７２ 文献标识码：ＢＩｍｐｒｏｖｅｄＳｉｍｐｌｉｆｉｅｄＭｏｄｅｌａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＭｏｄｕｌａｒＭｕｌｔｉｌｅｖｅｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒＺＨＡＮＧＸｕａｎ ｙｉ１，ＣＨＥＮＨｅ ｙａｎｇ２，ＬＵＯＨｅ ｐｉｎｇ１（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０１０８，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＬｏｎｇｙａｎＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙ，Ｌｏｎｇｙａｎ３５０００７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｄｕｌａｒｍｕｌｔｉ ｌｅｖｅｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（ＭＭＣ）ａｄｏｐｔａｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｈｅｎｔｈｅｒｅａｒｅｍａｎｙｌｅｖｅｌｓ，ｗｈｉｃｈｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｌｏｗｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅｖｏｌｔ ａｇｅ ｓｈａｒｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｅｘｉｓｔｓｉｎｔｈｅａｃｔｕａｌｓｕｂｍｏｄｕｌｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｏｆｔｅｎｎｅｇｌｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｍｐｒｏｖｅｓａｎｄｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｏｕｒｃｅｂｒｉｄｇｅａｒｍｗｉｔｈｖｏｌｔａｇｅ ｓｈａｒｉｎｇｒｅｓｉｓｔｏｒ，ａｎｄｆｕｒｔｈｅｒｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅＭＭＣｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｏｕｒｃｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．ＴｈｅｍｅｔｈｏｄｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓｔｈｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｓｔａｔｅｏｆｔｈｅＭＭＣｓｕｂ ｍｏｄｕｌｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｄｅｖｉｃｅ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｃｕｒ ｓｉｖｅＤｏｍｍｅｌｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｔｈｅｓｕｂ ｍｏｄｕｌｅｃａｐａｃｉｔｏｒｖｏｌｔａｇｅｕｐｄａｔｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．ＩｎＰＳＣＡＤｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｗｏｃｏｍｍｏｎｄｅｔａｉｌｅｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌｓａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｏｐｒｏｖｉｄｅａｂａｓｉｓｆｏｒｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆＭＭＣｍｏｄｅｌｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｄｕｌａｒｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｏｕｒｃｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ１ 引言直流输电技术凭借着其适合远距离大容量传输的特点得到了广泛的推广和发展，是解决能源资源优化配置的有效方法之一。
模块化多电平换流器电磁暂态高效建模方法研究一、本文概述随着可再生能源的大规模接入和电网结构的日益复杂，模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter, MMC）作为一种先进的电力电子装置，在高压直流输电（High-Voltage Direct Current, HVDC）、灵活交流输电系统（Flexible AC Transmission Systems, FACTS）等领域得到了广泛应用。
MMC的电磁暂态特性对于电力系统的稳定运行和故障分析至关重要。
开展模块化多电平换流器电磁暂态高效建模方法的研究，对于提高电力系统的安全性和经济性具有重要意义。
本文旨在探讨模块化多电平换流器电磁暂态高效建模方法，通过对MMC的基本结构和工作原理进行分析，结合现有建模方法的优缺点，提出一种更为高效、准确的建模策略。
本文首先介绍MMC的基本结构和工作原理，然后分析现有建模方法的主要问题和局限性，接着详细阐述本文提出的高效建模方法，并通过仿真实验验证该方法的准确性和有效性。
本文还将对高效建模方法在实际工程中的应用前景进行讨论和展望。
通过本文的研究，希望能够为模块化多电平换流器的电磁暂态建模提供一种新的高效方法，为电力系统的稳定运行和故障分析提供有力支持，同时也为相关领域的研究提供参考和借鉴。
二、模块化多电平换流器基本理论模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter, MMC）是一种先进的电力电子变换器拓扑，特别适用于高压大功率的电力系统应用，如高压直流输电（HVDC）和柔性交流输电系统（FACTS）。
MMC的基本结构由多个级联的子模块（Submodule, SM）和一个公共的直流侧电容组成，每个子模块都可以独立控制其投入或切除，从而实现对输出电压的精细调节。
MMC的核心思想是通过增加子模块的级数来实现电压等级的提升，同时保持每个子模块相对较低的电压应力。
子模块通常采用半桥（Half-Bridge, HB）或全桥（Full-Bridge, FB）结构，其中HB结构包含两个开关管和一个电容器，而FB结构则包含四个开关管和一个电容器。
面向能源互联网的能量路由器研究陈静鹏;余志文;艾芊【摘要】为了响应＂低碳,环保＂的发展主题,顺应第三次工业革命的发展潮流,＂能源互联网＂作为实现可再生能源接入与协调管理的方案应运而生。
能量路由器作为能源互联网中的核心设备,能够调整能量的流动和进行实时的信息传递。
总结了能量路由器的国内外研究现状以及发展趋势,分析了基于能量路由器的能源互联网架构,并根据功能的实现方式给出能量路由器的分层架构。
在分析能量路由器具体功能的基础上,总结了能量路由器涉及的关键技术。
【期刊名称】《电器与能效管理技术》【年(卷),期】2015(000)024【总页数】7页(P10-15,23)【关键词】能源互联网;能量路由器;分布式能源;微电网【作者】陈静鹏;余志文;艾芊【作者单位】上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TM61近年来,由于环境恶化和能源紧缺的双重压力,传统的以石油、煤炭等不可再生能源为主的经济和工业发展模式难以为继,以坚强、交互、环保、经济为主要特征[1]的智能电网技术方兴未艾。
受信息互联网技术的启示,美国著名经济学家杰里米·里夫金在其著作《第三次工业革命》中提出了能源互联网的展望。
他认为,在未来的生活中,人们可以在自己的家中、办公室或工厂生产可再生能源,并通过能源互联网与他人共享,就像当今的互联网的信息分享一样方便[2]。
能源互联网是在现有能源供给系统与配电网的基础上,通过先进的电力电子技术和信息技术,融合了新能源技术和互联网技术,将大量分布式能源采集装置和分布式能源储存装置互联起来,实现能量和信息双向流动的能源对等交换和共享网络[3]。
能源互联网是智能电网概念的进一步发展与延伸,与智能电网不同之处[4]：① 智能电网的物理主体主要是电力系统,能源互联网的物理实体不仅有电力系统,还有交通系统和天然气网络,这几个系统通过信息系统融合在一起,形成一个整体;② 智能电网中,能量的传输和使用形式主要是电能,在能源互联网中,能量的转化和使用形式有电能、化学能和热能等;③ 信息系统方面,智能电网还是以传统工业控制系统为主体,能源互联网中,互联网在信息的传输与共享中将扮演重要角色。
基于暂态能量流的MMC-HVDC系统故障建模及仿真分析严俊;陈力绪;许建中;赵成勇;贾秀芳【期刊名称】《华北电力大学学报:自然科学版》【年(卷),期】2022(49)3【摘要】为分析由模块化多电平换流器(modular multilevel converters, MMC)构成的高压直流(high voltage direct current, HVDC)输电系统中的直流短路故障特性,可通过关注系统中暂态能量流(transient energy flow, TEF)的分布对MMC-HVDC系统进行暂态建模与仿真分析。
对于单端MMC,可基于暂态能量守恒将半桥子模块(half bridge sub-modular, HBSM)电容等效为时变电容,建立将半桥子模块动态切换与交流汇入两个因素共同考虑在内的MMC暂态模型,分别列写并求解闭锁前后的状态方程,得到精确的MMC内部故障特征与TEF分布情况。
对于复杂直流电网(HVDC grid),提出一种基于电磁暂态仿真结果的TEF分析方法,不仅可根据各部分TEF特征揭示直流故障演化规律,还可通过递推计算实现对故障电流的定量分析。
最后,根据TEF流动规律提出一种考虑HBSM电容电压波动范围的暂态能量抑制策略,可有效降低故障电流并为后续故障保护争取更多时间。
依据PSCAD 中的仿真结果对暂态模型与能量抑制策略的正确性进行验证,同时将所提TEF分析方法应用在搭建的四端直流电网中,获取其故障传播特性。
【总页数】14页(P20-33)【作者】严俊;陈力绪;许建中;赵成勇;贾秀芳【作者单位】华北电力大学电气与电子工程学院【正文语种】中文【中图分类】TM726【相关文献】1.MMC-HVDC电磁暂态仿真模型比较分析研究2.电-气互联综合能源系统多时段暂态能量流仿真3.基于电池储能的MMC-HVDC系统的建模与仿真4.基于电池储能的MMC-HVDC系统的建模与仿真5.基于能量流和仿真的压铸机能耗建模与评估因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于MMC的多端直流输电系统下垂控制策略刘长富;张玉龙;竺炜;池喜洋;巫晓云【摘要】With the advantages of output power high quality and reliability, modular multilevel converter (MMC) has been applied in high-voltage DC and new energy grid-connected fields. Firstly, according to the multi-terminal HVDC transmission system with MMC, the basic topology and operating principle of the converter was introduced in this paper, and then the MMC averaged mode was derived. Secondly, in order to solve the problem of direct voltage large offset caused by voltage droop control under the larger power changing in the multi-terminal HVDC system, an improved droop control strategy was proposed. The DC voltage was stabled, and the system power was balanced. Finally, a model of three-terminal MMC-MTDC system in PSCAD/EMTDC was established. The simulation results verified the validity and effectiveness of the improved droop control method .%模块化多电平换流器(MMC)因其具有输出波形质量高、可靠性高等优势,在高压直流输电、新能源并网等领域得到广泛研究与应用.针对MMC型多端柔性直流输电系统(MTDC),研究换流器的基本拓扑结构及工作原理,在建立MMC详细模型的基础上推导其平均值模型;并针对多端直流输电系统大功率变化时,直流电压下垂控制导致直流电压偏差较大的问题,提出一种改进的下垂反馈控制策略,在稳定直流电压的同时实现系统功率的平衡;最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建四端高压直流输电系统,对系统稳态时和出现功率扰动情况下,进行仿真分析,仿真结果验证了所提方法的有效性.【期刊名称】《电力科学与技术学报》【年(卷),期】2017(032)002【总页数】7页(P47-53)【关键词】多端直流输电;多电平换流器;模块化;平均值模型;下垂控制【作者】刘长富;张玉龙;竺炜;池喜洋;巫晓云【作者单位】长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙 410004;国家电网沛县供电公司,江苏沛县 221600;长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙 410004;长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙 410004;长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙 410004【正文语种】中文【中图分类】TM71模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC）是R.Marquardt 于2002年首次提出的，MMC通过子模块级联而成，具有多电平输出、谐波特性小、开关损耗低等优势。
第 39 卷第 1 期电力科学与技术学报Vol. 39 No. 1 2024 年 1 月JOURNAL OF ELECTRIC POWER SCIENCE AND TECHNOLOGY Jan. 2024引用格式：兰月，王俊芳，窦宇宇,等.一种抑制风电送出直流MMC内部振荡的零序电流控制策略研究[J].电力科学与技术学报,2024,39(1):234‑242. Citation：LAN Yue,WANG Junfang,DOU Yuyu,et al.Research on zero sequence current control strategy for suppressing internal oscillation of DC MMC[J]. Journal of Electric Power Science and Technology,2024,39(1):234‑242.一种抑制风电送出直流MMC内部振荡的零序电流控制策略研究兰月1，王俊芳1，窦宇宇1，王新宇1，杨熠2，刘荣顺2 （1. 国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院，内蒙古呼和浩特 010020；2. 武汉理工大学自动化学院，湖北武汉 430070）摘要：量化分析了风电经直流送出系统的振荡模式及各振荡模式与系统状态变量之间的关系，揭示了模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）系统内部振荡的环流零序分量与电容电压的交互影响机理；基于该机理，构建了MMC系统各桥臂等效电容储存总能量与零序电流的动态关系模型，推导了MMC系统各桥臂等效电容储存总能量与电容电压差模量以及共模量的表达式，提出了零序电流控制策略；以该控制策略动态模型为对象，计及该动态模型中间变量后，对含零序电流控制策略MMC系统的振荡模式进行了分析，结果表明，所提控制策略可以使振荡模式的实部向左移动，增加总阻尼，提升系统稳定性。
2021.13科学技术创新MMC 柔性直流输电系统电磁暂态仿真建模黄贤睿（华北电力大学，北京102206）1概述随着传统化石能源的日益枯竭及其带来环境问题的日益加剧，世界各国逐渐将关注点转移到风能、太阳能等新型可再生能源的开发利用上[1]。
在全球大力开发新能源的大背景下，柔性直流输电技术凭借其独特的技术优势，逐渐进入人们的视野。
柔性直流输电不存在换相失败问题，可靠性与稳定性相较于传统的直流输电技术有大幅提升[2]。
同时，柔性直流输电技术可以四象限运行，运行方式灵活多变。
柔性直流输电可以方便地构成直流电网，使其非常适用于新能源的大规模接入和并网。
与交流输电和传统直流输电技术相比，柔性直流输电技术在跨区域大容量输电、可再生能源并网、孤岛供电、城市负荷中心供电等领域具有显著优势，逐渐成为构建新一代智能电网的关键技术，引起了世界各国学者的广泛关注[3]。
针对柔性直流输电技术的研究中，搭建柔直系统的电磁暂态仿真模型是非常重要的一步。
在仿真模型的基础上，可以进一步对柔直系统的接线方式、控制策略、运行特性等展开深入研究。
目前，matlab/simulink 、PSCAD/EMTDC 等软件中均包含有柔性直流输电相关的模块组件，能够支持针对柔性直流输电系统的大规模快速仿真工作。
柔直系统中，MMC 作为换流站的重要主设备，结构复杂，含有大量子模块，且每时每刻均处于开关动作中。
目前针对MMC 搭建的电磁暂态模型主要可以分为详细模型和等效模型两类[4]。
详细模型是在软件中以IGBT 、二极管、电容等元件根据MMC 实际物理结构搭建而成，可以准确地反映MMC 中每个元件的工作过程，准确性高，但由于结构复杂，元件数量多，仿真速度很慢，不适用于进行大规模柔直系统的仿真。
等效模型中，加拿大曼尼托巴大学GOLE 教授1992年提出的基于戴维南等效原理的MMC 模型[5]，既可以准确反映子模块充放电过程，又具有仿真速度快的优点，是目前柔直系统仿真建模中广泛使用的模型。
