MMC电容能量对交流系统惯量支撑能力分析

LIN Junjie; ZHANG Haobo; XIANG Wang; WEN Jinyu

doi:10.7500/AEPS20240410003

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MMC电容能量对交流系统惯量支撑能力分析

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

- MMC电容能量对交流系统惯量支撑能力分析
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 8, Pages: 118-128(2025)
- 作者机构：
  
  强电磁技术全国重点实验室（华中科技大学），湖北省武汉市 430074
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52237004)
- DOI：10.7500/AEPS20240410003
  CLC：
- Received：10 April 2024，
  
  Revised：2024-06-25，
  
  Published Online：05 August 2024，
  
  Published：25 April 2025
- 稿件说明：
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林钧杰,张浩博,向往等.MMC电容能量对交流系统惯量支撑能力分析[J].电力系统自动化,2025,49(8):118-128.

LIN Junjie,ZHANG Haobo,XIANG Wang,et al.Analysis on Inertia Support Capability of Modular Multilevel Converter Capacitor Energy for AC System[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(8):118-128.
林钧杰,张浩博,向往等.MMC电容能量对交流系统惯量支撑能力分析[J].电力系统自动化,2025,49(8):118-128. DOI： 10.7500/AEPS20240410003.

LIN Junjie,ZHANG Haobo,XIANG Wang,et al.Analysis on Inertia Support Capability of Modular Multilevel Converter Capacitor Energy for AC System[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(8):118-128. DOI： 10.7500/AEPS20240410003.

摘要

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统具有利用子模块电容储能支撑交流电网惯量的潜力，但现有研究普遍认为柔性直流系统提供的惯量受限于其储能时间常数，相较于同步电机效果微弱，缺乏衡量其支撑强度的定量化指标。针对以上问题，基于柔性直流输电系统的频率响应模型，提出单柔性直流换流站对交流系统惯量支撑的定量分析方法，提出柔性直流等效惯性常数作为衡量指标。分析了不同控制策略的支撑功率来源和支撑效果，计算了不同控制策略下等效惯性常数大小。将理论进一步推广至多端柔性直流系统，修正所提等效惯性常数使其适用于多端系统，探讨随着端数和电容总储能的增加带来的支撑强度提升。在PSCAD环境下搭建了三端柔性直流电网仿真模型，仿真结果验证了所提定量分析方法的有效性。

Abstract

The modular multilevel converter based high voltage direct current (MMC-HVDC) transmission system has the potential to use the submodule capacitor energy storage to support the inertia of the AC grid. However

the existing research generally believes that the inertia provided by the MMC-HVDC system is limited by its energy storage time constant. Compared with the synchronous generators

the effect is weak

and there is a lack of quantitative indicators to measure its support strength. In view of the above problems

based on the frequency response model of the MMC-HVDC transmission system

a quantitative analysis method for the inertia support of the single-end flexible DC converter station to the AC system is proposed

and the MMC-HVDC equivalent inertia constant is proposed as a measuring indicator. The support power source and support effect of different control strategies are analyzed

and the equivalent inertia constant under different control strategies is calculated. The theory is further extended to the modular multilevel converter based multi-terminal high voltage direct current (MMC-MTDC) system. The proposed equivalent inertia constant is modified to make it suitable for the MMC-MTDC system

and the enhancement of the support strength with the increase of the number of terminals and the total energy storage of capacitors is discussed. The simulation model of three-terminal MMC-MTDC power grid is built in PSCAD environment

and the simulation results verify the effectiveness of the proposed quantitative analysis method.

关键词

Keywords

references

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