基于RT-LAB的MMC换流器HVDC输电系统实时仿真

基于RT-LAB实时仿真平台,研究了实时仿真技术在基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统(HVDC)中的应用。建立了基于MMC的柔性直流输电系统的实时仿真模型,并将RT-LAB的实时仿真结果与PSCAD/EMTDC的离线仿真结果进行了对比验证。两种仿真结果在暂态和稳态下都比较一致,这说明通过RT-LAB可以得到MMC高压直流输电系统的正确仿真结果。还对两种仿真方法的仿真时间进行了对比,说明通过RT-LAB的实时仿真可以大幅度提高对MMC换流器的仿真效率。研究结果为采用RT-LAB平台对柔性直流输电系统等大规模电力电子装置实时仿真研究应用提供了参考。     

MMC-HVDC输电系统直流故障隔离综述

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC)是一种新型的灵活输电方式。同交流输电技术相比,MMC-HVDC输电技术具有输送容量大、输电距离远且损耗小等优点。在当前各类MMC拓扑中,半桥型MMC具有所用器件少、运行效率高、经济性好等特点,但缺乏直流故障清除能力。本文简单介绍了半桥型MMC发生故障的原因,对目前MMC-HVDC输电系统直流故障隔离技术的国内外研究现状进行综述,并结合当前研究现状,展望了MMC-HVDC输电系统直流故障保护的新的研究方向。     

基于PXI的MMC-HVDC系统快速控制原型设计

相比传统高压直流输电,模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)的一次系统与二次系统都更为复杂,并且控制器的特性一定程度上决定了MMC-HVDC系统的性能。使用快速控制原型技术可以加快MMC-HVDC系统的控制器开发。基于面向仪器系统的PCI扩展(PXI)开发了MMC-HVDC系统的快速控制原型。首先,在PXI环境中设计了MMC-HVDC系统的控制策略,开发调试了控制程序,配置了输入/输出板卡及端口,实现了快速控制原型。其次,建立了基于实时数字仿真器(RTDS)的MMC-HVDC一次系统模型。最后,建立了RTDS-PXI混合实时仿真系统。混合实时仿真实验结果表明,所设计的快速控制原型可以进行MMC-HVDC系统启动、子模块电容电压均衡、母线电压和有功功率调节等控制,具有优良的稳态与暂态性能。     

MMC-HVDC技术在高原气候条件下的风电并网研究

介绍 MMC换流器的结构及原理,研究 MMC和 HVDC在高原气候条件下风电并网中的有效性。     

考虑延时影响的MMC-HVDC系统高频振荡机理分析

基于模块化多电平换流器的高压直流（MMC-HVDC）输电系统的链路延时可能会引发系统产生高频振荡。文中通过Pade近似对延时环节进行等值,建立了基于四阶Pade近似等值延时环节的MMC-HVDC系统的状态空间模型。通过在阶跃工况下与PSCAD/EMTDC中详细电磁暂态模型动态特性的对比以及高频振荡的复现,验证了所建立的状态空间模型的正确性及四阶Pade近似等值延时环节的有效性。然后,研究了延时环节时间常数对系统特征根及高频振荡特性的影响,结果表明,基于特征值分析法对所建立的考虑延时环节特性的MMC-HVDC系统状态空间模型进行分析,可以得到引发系统高频振荡的临界延时时间。最后,通过参与因子分析法探究了引起系统发生高频振荡的主要因素,结果表明,系统的高频振荡现象主要是由交流系统特性与含有延时环节的MMC-HVDC系统特性之间的耦合作用引起。     

基于RTDS的柔性直流输电系统能效计量适应性研究

为了研究现有计量器具对柔性直流输电系统能效计量的适应性,文中利用RTDS系统,建立了基于模块化多电平换流器(MMC)的双端柔性直流输电实时数字仿真系统,在此基础上进行柔性直流输电系统的谐波分析和能耗分析。将不同型号电表按规定接线方式与RTDS仿真系统连接,研究不同类型的电表在柔性直流输电系统计量中的适应性。仿真和实验结果比较说明:柔性直流输电系统中主要的能耗来源为联结变压器和换流器,且现有的计量装置适用于该系统。     

含多种限流设备的柔性直流电网RT-LAB实时仿真建模

柔性直流电网具有"低惯性、弱阻尼"的特点,其故障电流上升速度快且峰值高.针对包含大量电力电子器件的限流设备不仅增加系统复杂性,同时也降低直流电网仿真效率的问题,提出不同限流设备的等效建模方法.首先,搭建包含多种限流设备的17端柔性直流输电网数字仿真模型;其次,依据单端口子模块等效建模方法,分别针对其中4种典型故障限流设...     

双极MMC-HVDC系统直流故障特性研究

直流故障是模块化多电平换流器高压直流输电(MMC-HVDC)的主要故障类型,目前国内外对于MMC-HVDC直流侧故障的研究主要集中于伪双极系统,而对于真双极系统直流侧故障的研究还处于起步阶段。首先,介绍真双极MMC的拓扑结构和工作原理,并根据实际交直流系统电气参数、桥臂子模块电容及电抗的放电机制,建立真、伪双极两种拓扑MMC-HVDC系统直流故障状态下的对应等效电路。然后,对比分析两种拓扑不同阶段故障电流在MMC桥臂上的流通路径,重点研究了故障短路电流对换流站桥臂阀组影响程度的差异,并指出三种电气参数与故障短路电流变化之间的内在关系。最后,基于RT-LAB仿真平台,搭建51电平双极MMCHVDC双端直流输电模型,仿真结果证明了直流故障特性研究方法的正确性。     

基于PSCAD的模块化多电平换流器仿真研究

作为新一代直流输电技术,基于电压源换流器(VSC)的柔性直流输电(VSC-HVDC)发展前景广阔,特别是模块多电平换流器(MMC),将日趋成熟并广泛应用到输电领域。主要研究模块化多电平换流器系统的主电路参数设计、控制方法和仿真建模方法。在EMTDC/PSCAD平台上,搭建两端模块化多电平换流器直流输电(MMC-HVDC)的详细仿真模型,通过对模型在额定状态和功率波动状态下的运行结果进行分析,验证了仿真模型的有效性。     

中压柔性直流配电系统故障暂态仿真研究

文中针对±10 k V/1 k A柔性直流配电系统进行仿真分析,包括直流系统仿真参数设计、结构选取,配合直流断路器的应用,利用PSCAD/EMTDC仿真软件分析了极间短路故障时直流系统暂态变化的情况,并结合系统侧参数分析了各因素对暂态过程的影响。仿真结果表明,系统参数对故障暂态电压电流的变化有较大的影响;直流断路器可以快速开断故障电流,限制电流峰值,对系统参数设置和器件及设备选型有一定的参考价值。     

基于RT-LAB的风电并网混合仿真系统

本文设计了一个风电并网混合仿真的实验系统,该实验系统结合实际的风力发电物理设备,以及RT-LAB实时电力仿真平台,通过实际系统与数字仿真系统中并网点电压、电流的耦合,将实际风电系统嵌入到电力仿真系统中,完成了风电并网数/模混合仿真的研究。通过观测该实验系统中并网点电压、电流等参数的变化可以研究风力发电系统接入电网后整个电力系统的动态特性,以及两者之间的相互影响和相互作用。本文以双馈感应风力发电机组并网控制为例构建了混合仿真系统,通过实验验证了所设计方案的可行性与有效性。     

MMC-HVDC物理模拟系统的控制器架构设计

相比传统直流输电,模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电的一次系统与二次系统都更为复杂,并且控制系统的特性一定程度上决定了MMC-HVDC系统的性能。为研究物理控制器的设计方法,文中首先设计了MMC-HVDC物理模拟系统的主系统结构与电气参数,然后重点研究了分层的MMC-HVDC控制系统架构,运行人员控制系统(上位机)、极控制和保护系统、阀基控制器、子模块控制保护单元等由高到低构成了完备的控制体系,确立了各控制层之间的通信方式与内容,开发调试了控制系统程序。最后,进行了MMC-HVDC物理模拟系统的系统实验。实验表明控制系统可以有效地实现物理模拟系统的启停、子模块电容电压平衡、基本的故障保护以及直流电压与功率的控制。     

采用RT-LAB的光伏发电仿真系统试验分析

光伏系统最大功率跟踪(MPPT)控制器是验证各种MPPT控制算法的关键手段,目前控制器的开发存在开发周期长、代码需要人工编写等缺点。RT-LAB实时仿真平台突出的实时性能使其在目前的试验研究和工程设计中的使用越来越广,所以有必要对其软硬件结构及其实时性能进行研究。为此,首次全面系统的介绍分布式实时仿真系统RT-LAB的硬件结构,软件结构和仿真实现流程,结合RT-LAB半实物仿真技术和光伏MPPT的特点,进行了半实物仿真试验。试验中的MPPT控制策略通过结合Simulink软件包模型搭建实现,控制器之外的主电路采用实物电路,RT-LAB的在线调参等功能可以方便的优化控制器参数。对RT-LAB在电力电子半实物仿真中的两个特殊工具ATMISE和RT-Events的特性进行了详细说明,同时阐述了RT-LAB的软件建模规范。试验表明运用RT-LAB进行光伏控制器的开发可以解决目前控制器开发中的诸多问题。RT-LAB在光伏系统上的应用为其在微网、智能电网等实时性要求较高的系统上的应用提供参考。     

基于PSCAD/EMTDC的多端柔性直流输电系统并行仿真计算

对于基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统以及直流电网而言,传统基于串行结构的电磁暂态仿真软件已无法满足实际的计算需求,需要采用并行计算技术突破这一难题。PSCAD/EMTDC是世界上广泛使用的电力系统电磁暂态仿真软件,其最新版本已经全面支持并行计算。通过大模型拆分和多线程运算,该软件解决了由于模型过大而不能仿真或仿真效率低的问题,为实现多端柔性直流输电系统以及直流电网的快速仿真提供了可能。详细分析了PSCAD/EMTDC软件的运行机理及功能,对其新版本下的并行计算功能进行了介绍和研究。通过搭建模型进行仿真测试,探讨了并行计算的技巧。仿真结果表明,并行计算功能可以大大降低大规模电力系统的仿真时间,有效提升仿真分析效率。     

基于RT-LAB的柔性直流输电系统仿真平台设计

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术以其在功率控制、潮流反转、无功补偿等方面的诸多优势,必将成为未来输配电系统的重要组成部分。但是当系统电压等级较高时,所需开关器件可能会成千上万,传统仿真平台完成不了如此庞大的仿真任务,更不能满足工程测试需求。针对该问题,文中设计了一种针对柔性直流输电系统的实时仿真平台,以实时仿真器RT-LAB为基础,配以高速光纤通信接口与被测系统进行数据交互,运用半实物仿真技术完成系统测试。该平台已用于舟山工程极控系统(PCP)和阀控系统(MVCE)的测试,试验结果及工程应用表明,该仿真平台能够完成阀控系统和极控系统实时全功能仿真验证,满足实际工程测试需求。     

MMC-HVDC直流侧故障特性仿真分析

由于拓扑和调制策略的不同,基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)系统在直流侧发生故障时呈现出与两电平电压源型直流输电(VSC-HVDC)系统不同的故障特性。在PSCAD/EMTDC中搭建的仿真模型基础上,首先分析了MMC-HVDC直流侧线路单极接地、断线和两极短路的故障特性及其对系统运行的影响;然后针对半桥型子模块结构不能够双向阻断故障电流的问题,对子模块拓扑进行了重新设计,通过改变流经子模块电流方向,实现了桥臂电容双向充电,从而提供了续流二极管阻断电压;最后对直流侧两极短路故障进行了仿真分析,仿真结果表明,改进拓扑有效地抑制了直流侧故障电流,避免了交流断路器动作。     

基于RT-LAB的永磁同步电机硬件在环实时仿真平台的实现

硬件在环仿真技术是近年来兴起的一种新颖的实时仿真技术,具有置信度高、方便方案验证与设计、缩短开发周期、减小开发成本等优点。将当前在工业中大量运用的永磁同步电机作为控制对象,设计了一种基于RT-LAB的永磁同步电机硬件在环实时仿真平台,实验过程及实验结果都证明了系统的优异性能,大大提高了研究工作的效率。