MMC七电平整流器模型在MATLAB 2019及以下版本中带单相接地故障设置

MMC七电平整流器模型 MATLAB，2019及以下版本 带单相接地故障设置

MMC七电平整流器模型在MATLAB低版本中的搭建与单相接地故障设置

最近在研究电力相关内容，今天就来和大家分享下MMC七电平整流器模型在MATLAB 2019及以下版本中的实现，并且还会加入单相接地故障设置哦。

MMC七电平整流器模型基础认知

MMC（模块化多电平换流器）是高压直流输电领域的关键技术，七电平整流器模型则是其常见的一种表现形式。简单来说，它通过多个子模块的级联，能够产生多电平的输出波形，有效降低谐波含量，提升电能质量。

MATLAB建模准备

在MATLAB 2019及以下版本中，我们可以借助SimPowerSystems（SPS）工具箱来搭建这个模型。如果你的MATLAB没有这个工具箱，那得先安装配置好。

具体建模步骤

1. 搭建主电路结构
   • 首先创建一个新的Simulink模型文件。在库浏览器中找到SimPowerSystems库，拖入所需的模块。
   • 比如三相电源模块，设置其参数，像额定电压、频率等。示例代码如下（以设置三相电源额定线电压10kV，频率50Hz为例）：

% 创建三相电源模块
powergui = simscape.powersys.powergui;
vsrc = simscape.powersys.electrical.sources.acVoltageSource('Voltage Magnitude', 10e3/sqrt(3), 'Frequency', 50);

这里代码的意思是，先调用simscape.powersys.powergui模块，这是电力模块库的基础设置模块。然后创建一个交流电压源vsrc，设置其电压幅值为线电压10kV经根号3折算后的相电压幅值，频率为50Hz。
- 接着是MMC子模块部分，在SPS库中找到对应的MMC模块，拖入模型并根据七电平的要求设置子模块数量等参数。
2. 控制策略部分
- 控制策略对于MMC的稳定运行至关重要。一般采用载波移相调制（CPS - SPWM）等策略。以简单的调制波生成代码为例：

% 生成调制波
fs = 1000; % 采样频率
t = 0:1/fs:0.1; % 时间向量
m = 0.8; % 调制比
A = 1; % 载波幅值
fc = 500; % 载波频率
carrier = A*sin(2*pi*fc*t);
modulation = m*sin(2*pi*50*t);

上述代码先设定了采样频率fs，时间向量0到0.1秒，调制比m为0.8，载波幅值A为1，载波频率fc为500Hz。然后生成载波carrier和调制波modulation，用于后续的调制操作。
3. 连接电路与设置参数
将各个模块按照MMC七电平整流器的拓扑结构连接起来，并且仔细设置每个模块的参数，保证模型能够准确模拟实际运行情况。

单相接地故障设置

要设置单相接地故障，可以在电路中合适的位置加入故障模块。比如在三相电源输出端附近，在SPS库中找到“Fault”模块，拖入并连接到电路。设置故障类型为单相接地故障，设置故障起始时间和持续时间等参数。示例代码设置故障在0.05秒开始，持续0.1秒：

% 设置单相接地故障
fault = simscape.powersys.electrical.elements.fault('Fault Type', 'Single - line to ground', 'Fault Resistance', 0.1, 'Fault Inductance', 0.001, 'Fault Start Time', 0.05, 'Fault Duration', 0.1);

这里代码设置了故障类型为单相接地故障，故障电阻0.1欧姆，故障电感0.001亨，故障起始时间0.05秒，持续时间0.1秒。

通过以上步骤，我们就完成了MMC七电平整流器模型在MATLAB 2019及以下版本中的搭建，并加入了单相接地故障设置。后续可以通过运行仿真，观察分析模型在正常和故障情况下的运行特性啦。希望这篇博文对正在研究相关内容的小伙伴有所帮助。

打开Simulink库浏览器，鼠标突然停在Simulink/User-Defined Functions模块组上。咱们今天要搞的MMC七电平整流器模型，核心就在这子模块电容电压平衡控制上。别急着拖拽元件，先把手写函数模块拖到画布上——这玩意儿比现成的PI控制器更灵活。

先看这个核心代码段：

function Vc_avg = calcAvgVoltage(Vc_array)
    persistent count;
    if isempty(count)
        count = 0;
    end
    Vc_avg = sum(Vc_array)/length(Vc_array) + 0.02*randn();
    count = count + 1;
end

这段代码专门处理子模块电容电压的实时平均值计算。注意到那个0.02*randn()了吗？这是特意加的白噪声模拟实际传感器误差，防止仿真结果过于理想化。当子模块数量超过20个时，不加这个会导致环流抑制控制器提前进入死区。

接地故障设置有个坑：别用Simulink自带的接地模块！直接在交流电源中性点串联一个时变电阻：

R_fault = 10*(1 - exp(-10*(t-0.5))) + 0.001;

当仿真时间到0.5秒时，这个电阻会从10.001Ω指数衰减到0.001Ω，模拟电弧接地的动态过程。用示波器抓取A相上桥臂电流，能看到明显的双频波动特征——这时候锁相环必须切到正序分量跟踪模式。

调制波生成部分建议手写SVPWM算法。注意七电平的矢量分布是蜂窝状结构，这里用极坐标映射比直角坐标系更省资源：

theta = atan2(v_alpha, v_beta);
sector = floor(theta/(pi/3)) + 1;
radius = hypot(v_alpha, v_beta)/Vdc*2;

当检测到接地故障时，要动态调整调制比限制在0.85以下，防止过调制引发二次故障。这时候在MATLAB工作区实时修改变量值比用Signal Builder更靠谱。

最后提醒：仿真步长必须设为50ns级！用变步长求解器的话，在电容预充电阶段可能会跳过关键瞬态过程。建议用ode23tb求解器，绝对误差容限设到1e-6，这样能捕捉到子模块投切时的纳米秒级电压毛刺。
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