2.3.3 仿真驗證及經濟性分析

本節詳細介紹一種基于諧波電流和諧波電壓耦合注入降低MMC子模塊電容電壓紋波的方法。以反向諧波注入方法[式（2-14）]和三倍頻電壓注入方法[式（2-18）]為例，并基于廈門工程逆變側參數進行驗證，仿真模型系統結構如圖2-7所示。

圖2-7中，箭頭方向為系統潮流方向，Z_s1為交流系統阻抗。MMC系統參數和不同工況下參數對比見表2-4和表2-5。

表2-5中的對照工況是指通過CCSC方案降低子模塊電容電壓紋波的工況。等電容工況是指子模塊電容容值和對照工況相等，通過二倍頻環流注入方案降低子模塊電容電壓紋波的工況。分別截取兩種工況下的有功功率P、子模塊電容電壓u_C、橋臂子模塊導通個數N_ap、橋臂電流的二倍頻分量i_2s4個關鍵電氣量波形圖進行比較，本節關于子模塊電容電壓波動變化率按照式（2-9）計算。兩種工況下關鍵電氣量的波形如圖2-8所示。

通過對比兩種工況的有功功率可知，在等容值工況下程序仍能穩定運行。通過對比兩種工況下子模塊電容電壓紋波，并據式（2-8）的計算方法，可知等容值工況可有效降低子模塊電容電壓波動紋波幅值達36.08%。通過對比兩種工況下的子模塊導通個數的范圍，可知雖然橋臂電流的二倍頻分量的注入會增加子模塊個數的使用，但注入三倍頻電壓可有效緩解子模塊個數的使用情況。通過對比兩種工況下橋臂電流的二倍頻分量可看出，通過環流注入控制器可有效實現橋臂電流的注入。

MMC子模塊電容容值C和電容電壓波動變化率ε的關系為

式中，P_s為MMC換流閥額定容量，其余變量和式（2-22）具有相同的物理意義。從式（2-23）可看出，電容電壓紋波的降低可有效實現子模塊電容容值的降低。為更直觀驗證耦合注入方案在子模塊電容容值降低的有效性，進行低容值工況下的耦合注入方案的仿真驗證。將表2-5中等容值工況下的子模塊電容容值降低35%，并將此種工況下的子模塊電容電壓紋波與CCSC方案進行對比。關鍵電氣量的波形如圖2-9所示。

圖2-9的一系列波形為低容值工況下MMC的一系列電氣量波形圖。通過對比兩種工況（對照工況和低容值工況）下的有功功率可知，在低容值工況下程序仍能穩定運行。通過對比兩種工況下子模塊電容電壓可知，MMC運行在低容值工況下子模塊電容電壓波動波形峰峰值不大于對照工況下子模塊電容電壓波動范圍。通過對比兩種工況下橋臂導通子模塊個數可知，當運行在低容值工況下時子模塊使用個數的峰峰值范圍為7～191個，和對照工況相比，又增加了一些子模塊個數的使用，但此工況下子模塊使用個數仍小于橋臂子模塊總數，并留有一定的裕度。通過對比兩種工況下的橋臂電流的二倍頻分量可知，低容值工況下環流注入控制器仍能有效工作。

以表2-4參數為例計算兩種不同工況（對照工況和低容值工況）下1個半橋子模塊（以A相上橋臂為例）的通態損耗、開關損耗和總損耗，對應數值見表2-6。

從表2-6可以看出，低容值工況下子模塊電容電壓的損耗相比于對照工況有所降低，主要原因為三倍頻電壓注入后調制比的提高使得基頻電流降低，從而使損耗整體減小。