基于转换器 (MMC) 技术和电压源转换器 (VSC) 的高压直流 (HVDC) 模型附Matlab代码-优快云博客

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🔥 内容介绍

本论文聚焦基于模块化多电平换流器（MMC）技术和电压源换流器（VSC）的高压直流（HVDC）模型研究。通过深入分析 MMC 和 VSC 的工作原理与特性，结合 HVDC 系统运行需求，构建了包含换流站、直流输电线路等部分的 HVDC 模型。详细阐述模型中各组件的建模方法，对基于 MMC - VSC 的 HVDC 模型进行仿真分析，研究其在稳态运行和动态响应下的性能表现。研究成果为 HVDC 系统的设计、运行与优化提供理论依据，有助于推动高压直流输电技术的发展与应用。

关键词

模块化多电平换流器；电压源换流器；高压直流；HVDC 模型；仿真分析

一、引言

1.1 研究背景与意义

高压直流（HVDC）输电技术凭借其在大容量、长距离电能传输，异步电网互联等方面的显著优势，在现代电力系统中发挥着越来越重要的作用。电压源换流器（VSC）和模块化多电平换流器（MMC）作为 HVDC 系统中的核心换流技术，极大地推动了 HVDC 技术的发展。VSC 具有可实现有功无功独立控制、输出电压谐波含量低等优点；MMC 作为 VSC 的改进型拓扑，在提高输出电压质量、降低开关损耗等方面表现更为出色。构建基于 MMC 和 VSC 技术的 HVDC 模型，有助于深入理解 HVDC 系统的运行特性，为系统的设计、控制策略优化以及故障分析提供理论支持。通过对模型的研究，可以有效提升 HVDC 系统的稳定性、可靠性和经济性，对促进清洁能源的大规模输送和电力系统的高效运行具有重要意义。

1.2 国内外研究现状

在基于 VSC 和 MMC 的 HVDC 研究领域，国内外学者已取得诸多成果。国外在该领域起步较早，ABB、西门子等公司率先开展相关技术研发与工程应用，建成了多个基于 VSC - HVDC 和 MMC - HVDC 的示范工程。在理论研究方面，对 VSC 和 MMC 的拓扑结构、控制策略、调制方法等进行了深入探索。国内近年来也加大了研究投入，在 MMC 的子模块拓扑优化、VSC 的快速控制算法等方面取得了显著进展。然而，现有的研究在构建综合考虑 MMC 和 VSC 特性的 HVDC 模型，并全面分析其在复杂工况下的运行性能方面仍存在不足。部分研究仅针对单一换流器进行建模，缺乏对二者协同工作的系统性研究；在模型的精度和仿真效率方面，也有待进一步提高。因此，开展基于 MMC 和 VSC 的 HVDC 模型研究具有重要的理论价值和实际意义。

二、模块化多电平换流器（MMC）与电压源换流器（VSC）原理

2.1 模块化多电平换流器（MMC）原理

MMC 的基本拓扑结构由三相六桥臂组成，每个桥臂包含多个子模块（Sub - Module，SM）和一个电抗器。子模块通常采用半桥或全桥结构，通过对各子模块的投入与切除进行控制，实现换流器输出电压的调节。在正常运行时，通过适当的调制策略，如载波移相正弦脉宽调制（CPS - SPWM），控制各子模块的导通与关断，使 MMC 输出接近正弦波的电压。MMC 的优势在于其输出电压谐波含量低，无需复杂的滤波装置；子模块的模块化设计便于系统的扩展和维护；同时，能够实现能量的双向流动，适用于多种 HVDC 应用场景。

2.2 电压源换流器（VSC）原理

VSC 主要由全控型电力电子器件（如绝缘栅双极晶体管 IGBT）组成，其拓扑结构常见的有两电平、三电平以及多电平结构。VSC 通过对电力电子器件的开关控制，将交流系统的电能转换为直流电能，或将直流电能转换为交流电能。VSC 采用脉冲宽度调制（PWM）技术，通过控制 PWM 信号的占空比，调节输出电压的幅值和相位。VSC 的控制策略通常包括内环电流控制和外环功率控制，能够实现有功功率和无功功率的独立调节。相比于传统的电流源换流器，VSC 具有响应速度快、控制灵活等优点，在 HVDC 系统中得到广泛应用。