超级电容储能型MMC多工况电磁暂态等值建模方法

FU Lerong; FENG Moke; XU Jianzhong

doi:10.7500/AEPS20231202001

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超级电容储能型MMC多工况电磁暂态等值建模方法

Special Topic on Stable Operation and DC Transmission Technology for Large-Scale Renewable Energy Bases | 更新时间：2025-06-16

- 超级电容储能型MMC多工况电磁暂态等值建模方法
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 8, Pages: 30-39(2025)
- 作者机构：
  
  1.新能源电力系统全国重点实验室（华北电力大学），北京市 102206
  2.输变电装备技术全国重点实验室（重庆大学），重庆市400044
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52277094);China Southern Power Grid Company Limited(ZBKJXM20220069)
- DOI：10.7500/AEPS20231202001
  CLC：
- Received：02 December 2023，
  
  Revised：2024-04-24，
  
  Published Online：15 July 2024，
  
  Published：25 April 2025
- 稿件说明：
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付乐融,冯谟可,许建中.超级电容储能型MMC多工况电磁暂态等值建模方法[J].电力系统自动化,2025,49(8):30-39.

FU Lerong,FENG Moke,XU Jianzhong.Electromagnetic Transient Equivalent Modeling Method for Modular Multilevel Converter with Supercapacitor Energy Storage System Under Multiple Operation Conditions[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(8):30-39.
付乐融,冯谟可,许建中.超级电容储能型MMC多工况电磁暂态等值建模方法[J].电力系统自动化,2025,49(8):30-39. DOI： 10.7500/AEPS20231202001.

FU Lerong,FENG Moke,XU Jianzhong.Electromagnetic Transient Equivalent Modeling Method for Modular Multilevel Converter with Supercapacitor Energy Storage System Under Multiple Operation Conditions[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(8):30-39. DOI： 10.7500/AEPS20231202001.

摘要

超级电容储能型模块化多电平换流器(SESS-MMC)结合了模块化多电平换流器（MMC）与超级电容储能系统的优势，可应用于新能源大规模送出领域，但由于SESS-MMC子模块结构更为复杂、运行方式更为多样，为提高其仿真效率，提出一种适用于稳态、闭锁启动、直流故障闭锁等多类型暂态、稳态工况的SESS-MMC等值模型。首先，对SESS-MMC的子模块拓扑及运行模态进行分析，利用开关组的二值电阻模型以及梯形积分离散化方法，获取单个子模块的伴随电路。然后，提出适配EMTDC仿真平台解算逻辑的戴维南等值流程，实现子模块与桥臂的等值简化，获得整体等值电路。进一步分析闭锁工况下的运行模态，构建出闭锁等值电路，并集成至整体等值电路中，最终得到SESS-MMC的多工况电磁暂态等值模型。在PSCAD/EMTDC中通过仿真验证了所建立的等值模型具有良好的仿真精度和仿真效率。

Abstract

Modular multilevel converter (MMC) with supercapacitor energy storage system (SESS-MMC) combines the advantages of MMC and supercapacitor energy storage system

and can be used in the large-scale transmission of renewable energy. However

due to the more complex submodule (SM) structure of SESS-MMC and the more various operation modes

an equivalent model for SESS-MMC is proposed to increase the simulation efficiency under multiple types of transient and steady-state operation conditions

including steady-state

blocked start-up

DC fault blocking

etc. Firstly

the topology and operation modes of SMs in SESS-MMC are analyzed

and the adjoint circuits of a single SM are obtained by using the two-value resistance and the trapezoidal integral discretization method. Afterwards

the Thevenin equivalent process adapted to the solution logic of the EMTDC simulation platform is proposed to realize the equivalent simplification of SMs and bridge arms

and the overall equivalent circuit is obtained. In addition

the operation modes under blocked operation conditions are analyzed

and the equivalent blocked circuit is constructed and merged into the obtained overall equivalent model. Finally

the electromagnetic transient equivalent model for SESS-MMC is obtained under multiple operation conditions. It is verified by simulation in PSCAD/EMTDC that the proposed model has good simulation accuracy and efficiency.

关键词

Keywords

references

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