基于MATLAB的7电平模块化多电平变换器（MMC）HVDC系统仿真分析

资 源 简 介

本项目实现7电平MMC结构的直流输电系统完整建模仿真，包含主电路拓扑、子模块充放电特性、桥臂电流控制与电容电压均衡，以及基于PI调节器的控制系统设计。适用于电力电子与电力系统研究。

详 情 说 明

基于7电平模块化多电平变换器的直流输电系统仿真与分析

项目介绍

本项目实现了一个基于7电平模块化多电平变换器（MMC）拓扑的高压直流输电（HVDC）系统的完整仿真模型。该模型准确模拟了MMC主电路的运行机理，包括子模块的充放电过程、桥臂电流的动态特性以及电容电压的均衡控制，并实现了基于PI控制器的双环控制策略。通过本仿真平台，用户可以分析MMC-HVDC系统在稳态运行、负载阶跃变化以及故障暂态等多种工况下的电气特性，为系统设计和控制策略验证提供支持。

功能特性

• 精确的主电路建模：采用详细的7电平MMC拓扑，模拟每个子模块（含半桥电路与电容）的投切行为及其对系统级特性的影响。
• 分层控制策略：

- 外环控制：实现系统级的有功功率/直流电压控制。 - 内环控制：采用前馈解耦策略实现对桥臂电流的快速跟踪。

• 子模块电容电压均衡：基于载波移相PWM技术，并结合排序算法，实现子模块电容电压的主动均衡与环流抑制。
• 全面的仿真分析：仿真结果包含关键电气量波形、系统性能指标（THD、效率）以及动态响应曲线，支持稳态和暂态过程的深入分析。

使用方法

1. 参数配置：在运行主程序前，根据实际需求修改系统参数（如直流电压等级、交流频率、子模块电容值）、控制参数（如功率指令、PI参数）以及仿真设置（如时长、步长）。
2. 执行仿真：运行主脚本文件。程序将根据设定参数进行系统建模与仿真计算。
3. 结果分析：仿真结束后，程序会自动绘制并输出直流电压/电流、交流三相波形、电容电压等关键波形，并计算THD、效率等性能指标。用户可据此分析系统运行特性。

系统要求

• 操作系统：Windows / Linux / macOS
• 软件环境：MATLAB R2018a 或更高版本
• 必要工具箱：Simulink, Simscape Electrical (或类似电力系统仿真模块库)

文件说明

主程序文件集中实现了项目的核心仿真流程。其主要功能包括：系统参数的初始化与配置，构建完整的7电平MMC-HVDC仿真模型，执行基于双环PI控制策略的系统动态仿真，并对仿真结果进行数据处理与可视化分析，最终输出关键波形图与性能指标计算结果。