HVDC-MMC模块化多电平转换器输电系统-用于无源网络系统的电能质量调节附Simulink仿真

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🔥 内容介绍

随着经济的快速发展和社会对能源需求的日益增长，电力系统面临着前所未有的挑战。传统的交流输电系统在远距离、大容量输电方面表现出诸多局限性，例如潮流分布受线路参数限制、交流系统稳定性问题以及无功功率损耗等。高压直流输电（HVDC）技术，尤其是基于模块化多电平换流器（MMC）的HVDC输电系统，以其灵活的功率控制能力、较低的谐波含量以及较好的动态性能，在解决上述问题方面展现出巨大的潜力。本文将重点探讨基于MMC的HVDC输电系统在无源网络中的应用，分析其在电能质量调节方面的优势，并展望其未来发展趋势。

HVDC-MMC技术概述

MMC是一种新型的电力电子换流器拓扑结构，它由多个子模块（Sub-Module, SM）级联而成，每个子模块通常包含半桥或者全桥拓扑结构以及一个储能电容。通过对子模块的投切控制，MMC可以产生多电平的电压波形，从而降低谐波含量，提高输出电压质量。与传统的电压源换流器（VSC）-HVDC系统相比，MMC-HVDC系统具有以下显著优势：

更高的电压等级和功率容量:
通过增加子模块的数量，MMC可以轻松地达到更高的电压等级和功率容量，满足长距离、大容量输电的需求。
更低的谐波含量:
多电平输出有效地抑制了谐波的产生，降低了对交流系统的影响。
更好的动态性能:
MMC可以快速地响应控制指令，实现对有功功率和无功功率的独立控制，提高系统的稳定性。
模块化设计和冗余性:
MMC采用模块化设计，易于扩展和维护，且具有良好的冗余性，即使部分子模块发生故障，系统仍能正常运行。
无需滤波器:
由于谐波含量较低，MMC-HVDC系统通常不需要额外的交流滤波器，降低了系统的成本和复杂性。

无源网络及其电能质量挑战

无源网络通常指电力系统中缺乏主动调控能力的区域，例如远离大型发电站、负荷波动较大的农村电网或者新能源渗透率较高的地区。这类网络往往面临以下电能质量挑战：

电压波动:
由于缺乏足够的支撑电源，无源网络的电压容易受到负荷变化和故障的影响，导致电压波动，影响设备的正常运行。
电压闪变:
间歇性电源（例如风力发电和光伏发电）的并网可能导致电压闪变，对敏感负荷造成损害。
谐波污染:
非线性负荷（例如变频器和电力电子设备）的大量使用会产生大量的谐波，污染电网，降低设备的使用寿命。
三相不平衡:
单相负荷和不平衡负荷的存在会导致三相不平衡，降低电网的效率，增加损耗。
频率偏差:
系统供需失衡会导致频率偏差，影响系统的稳定运行。

传统的电能质量调节方法，例如并联电容器、静止无功补偿器（SVC）等，在应对上述挑战时存在一定的局限性，例如响应速度慢、谐波抑制能力弱、调节范围有限等。

基于MMC-HVDC的电能质量调节方案

将MMC-HVDC系统引入无源网络，可以有效地解决上述电能质量挑战，具体方案如下：

静止同步补偿器（STATCOM）功能:
MMC-HVDC系统可以作为STATCOM运行，通过控制其输出的无功功率，稳定网络电压，改善功率因数。与传统的SVC相比，MMC-HVDC具有更快的响应速度和更宽的调节范围。
有源滤波器（APF）功能:
MMC-HVDC系统可以作为APF运行，通过检测和补偿电网中的谐波，消除谐波污染，提高电能质量。
动态电压恢复器（DVR）功能:
MMC-HVDC系统可以作为DVR运行，在电网电压跌落时，通过注入电压，维持负荷侧的电压稳定，保证设备的正常运行。
电能缓冲功能:
MMC-HVDC系统可以通过其内部的储能电容，实现电能缓冲，平滑间歇性电源的输出功率波动，提高电网的稳定性。
不平衡补偿功能:
MMC-HVDC系统可以通过控制其输出的三相电压和电流，补偿电网中的三相不平衡，提高电网的效率。
频率支撑功能:
MMC-HVDC系统可以参与电网的频率调节，在系统供需失衡时，提供频率支撑，保证系统的稳定运行。