基于VSG控制的MMC并网逆变器MATLAB仿真模型

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模型简介

根据传统同步发电机的运行特性设计了MMC-VSG功频控制器和励磁控制器， 实现了MMC-VSG逆变器对高压电网电压和频率的支撑。该模型包含MMC变流器模块，环流抑制模块，电压均衡模块，VSG控制模块以及载波移相调制模块。

MMC运行特性

根据子模块投入系统电压是直流电容电压vc还是0可将子模块的运行状态分为子模块充电和放电两种状态，每种状态条件下又可根据电流的流向分为电流正向流入子模块和电流反向流入子模块共四种组合状态，具体见下表，对应的电流流通路径见下图。其中流入子模块电流i以及子模块电容充电电流 ic正方向均以模式1所示的电流方向位正方向。

通过控制子模块是投入状态还是切除状态，可控制子模块投入系统的电压为电容电压vc或者是0。为了实现交流输出波形的平滑稳定，减少波形畸变和谐波含量，同时也为了控制系统设计方便，在每相中瞬时投入运行中的子模块数量均为n个，即上桥臂（下桥臂）每新增投入运行一个子模块，下桥臂（上桥臂）对应切除一个子模块。通过控制MMC 上、下桥臂子模块合理的投切顺序，实现交流端口输出近似于正弦波的多电平波形。

MMC-VSG控制

MMC-VSG控制技术模拟同步发电机的机械特性和电磁特性，使MMC在进行电能变换时获得与同步电机相类似的阻尼和惯性特征。传统同步发电机控制系统作用示意图如图3-4所示其中μ为气门开度(以汽轮机为原动机)，Ver为端电压的参考电压。对图3-4分析可知，调速器及原动机构成了同步发电机的有功功率和频率调节系统，该系统同时也对外表现同步发电机阻尼特性和转子惯性特性。励磁系统构成了同步发电机的无功功率和电压调节系统。为了模拟同步发电机的运行特性，在进行VSG控制系统设计时，需相应构建与同步发电机相类似的功频控制器和励磁控制器。于是，虛拟同步发电机的等效作用示意图如图3-5所示。

模型主体

?环流抑制模块

电压均衡控制模块

VSG控制模块

载波移相调制模块

仿真分析

设置电网电压10kV，频率50Hz，设置MMC-VSG额定有功为5MW，额定无功为2MVA。故障设置，设置0.1s-0.2s时段电网频率偏移0.1Hz。

MMC-VSG输出电压电流

MMC-VSG输出功率

可见在频率偏移时段，输出有功由5MW升高至6MW，输出无功在0.1至0.3秒存在波动，但会立即保持稳定。

参考文献：

基于MMC的虚拟同步发电机控制策略研究_杜千