Design of Grid-forming MMC-SVG Control Scheme

LIANG Shaohui; CHEN Junru; CHEN Yongping; CHEN Jun; NAN Dongliang; LIU Muyang

doi:10.20204/j.sp.2025.04007

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Design of Grid-forming MMC-SVG Control Scheme

更新时间：2025-10-22

- Design of Grid-forming MMC-SVG Control Scheme
- Vol. 53, Issue 4, Pages: 53-61(2025)
- 作者机构：
  
  1. 新疆大学电气工程学院,新疆,乌鲁木齐市,830046
  2. 国网新疆电力有限公司,新疆,乌鲁木齐,830011
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20204/j.sp.2025.04007
  CLC：
- Published：2025
- 稿件说明：
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梁少辉,陈俊儒,陈永平,陈军,南东亮,刘牧阳.构网型MMC-SVG控制方案的设计[J].智慧电力,2025,53(4):53-61.

doi:10.20204/j.sp.2025.04007
梁少辉,陈俊儒,陈永平,陈军,南东亮,刘牧阳.构网型MMC-SVG控制方案的设计[J].智慧电力,2025,53(4):53-61. DOI： 10.20204/j.sp.2025.04007.

doi:10.20204/j.sp.2025.04007 DOI：

摘要

随着新能源设备的广泛接入，电网弱化，系统惯量水平持续下降，系统频率面临严峻的失稳风险。传统的静止无功发生器（SVG）采用跟网型控制，弱电网下性能恶化，难以为电网提供惯性支撑。针对此问题，通过模拟虚拟同步发电机（VSG），基于模块化多电平换流器（MMC）拓扑结构提出了一种构网型SVG的控制策略及内部能量管理方案。首先，分析了MMC的拓扑结构及工作原理。其次，通过直流侧电容动态方程设计了构网型SVG的外层能量控制方案，建立了构网型SVG的小信号模型，分析了惯量与阻尼对系统稳定性的影响。然后，分析了MMC内部能量转移过程，提出了内部能量均衡控制方案。最后，通过MATLAB实验仿真验证了所提控制策略的有效性。

Abstract

With the widespread integration of renewable energy devices， power grids are weakening， system inertia levels continue to decline， and system frequency faces severe instability risks. Traditional static var generators （SVGs） adopt grid-following control， which leads to performance degradation in weak grids and fails to provide inertial support. To address this issue， this study proposes a grid-forming SVG control strategy and internal energy management scheme based on a modular multilevel converter （MMC） topology by emulating a virtual synchronous generator （VSG）. First， the topology and operating principles of the MMC were analyzed. Second， an outer-loop energy control scheme for the grid-forming SVG was designed using DC-side capacitor dynamic equations. A small-signal model of the grid-forming SVG was established to analyze the impact of inertia and damping on system stability. Subseuqently， the internal energy transfer process within the MMC was analyzed， and an internal energy balancing control scheme was proposed. Finally， MATLAB-based simulations verify the effectiveness of the proposed control strategy.

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Keywords

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