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    解決方案
    The Solution
    量身定製符合客戶需求的仿真測試系統及解決方案。解決方案涉及電力、高端裝備、新能源車及教育等領域。
    基於小信號序阻抗理論的系統穩定性
    應用背景

    隨着柔性直流輸電和新能源發電在電網滲透率不斷提高,電力系統需要吸納更多的電力電子設備併網,使得電力系統呈現出高度的電力電子化趨勢。VSC(Voltage Source Converter)和MMC(Modular Multilevel Converter)等併網變換器的寬頻帶控制特性給併網穩定性帶來了新的挑戰,次超同步振盪現象頻繁發生,嚴重影響電網安全運行。


    2014年,德國北海的海上風電經MMC併網工程出現諧振事故,導致大量設備損壞、系統停運半年,造成嚴重經濟損失,引起業內廣泛關注。2015年,美國倫斯勒理工學院的孫建教授採用小信號序阻抗理論成功解決北海諧振事故,之後該理論又在多個併網工程實踐中得到檢驗,證明有效。

    基於RT-LAB的序阻抗獲取

    基於併網變換器的拓撲結構和參數等,理論推導模型的可以深入分析序阻抗曲線和指導控制策略優化。基於小信號序阻抗理論,採用諧波線性化(包括單諧波線性化和多諧波線性化)方法對併網變換器的序阻抗進行建模分析,進而由波特圖得到序阻抗曲線。


    半實物仿真測量基於RT-LAB硬件在環技術,支持現場真實運行控制器接入電磁暫態數字電網,而後採用擾動注入、數據錄波和信號處理方式得到併網變換器的序阻抗曲線。半實物仿真測量方法將併網變換器的控制部分視爲黑盒,能夠在保護知識產權的前提下普遍應用,同樣適用於工程中序阻抗曲線的第三方認證。

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    圖1 MMC-HVDC半實物測量系統搭建

     

    實例驗證,圖2和3爲VSC的序阻抗校驗示例,其中測量結果通過半實物仿真測量獲取,理論推導通過單諧波線性化得到的理論模型獲取,兩個結果趨近重合。理論推導曲線驗證了半實物測量方法獲取曲線趨勢的正確性,RT-LAB半實物測量進一步基於真實控制器獲取了變流器運行的暫態細節,指導曲線適應工程需要不斷優化。其中RT-LAB的eHS算法模塊仿真步長可精確至亞微秒級,是保證電力電子裝備阻抗曲線精確獲取的重要技術基礎。

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    圖2 VSC正序阻抗校驗示例

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    圖3 VSC負序阻抗校驗示例

    MMC-HVDC併網系統穩定性分析

    MMC-HVDC系統可採用多諧波線性化方法得到序阻抗的理論模型,分析圖4的MMC平均模型可知MMC具有多諧波特性。與單諧波線性化相比,多諧波線性化的主要特點是在基波和諧波的基礎上加擾動,擾動爲向量形式,並且將卷積運算轉換爲矩陣運算。


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    圖4 MMC平均模型

    求取三相電網電流傳函並進行序變換得到電網正序和負序電流傳函,將電網等效爲電壓源串聯電網阻抗,併網變換器等效爲電流源並聯併網變換器阻抗。分析電流傳函可知三相併網穩定需要正序和負序併網同時穩定,要求電網和併網變換器的序阻抗比值滿足奈奎斯特穩定判據。


    在電網結構和參數已知的情況下,可利用具有頻率掃描功能的電磁暫態仿真軟件EMTP-RV獲取電網阻抗。但由於電網阻抗的變化會導致諧振頻率發生變化,要求併網變換器自適應控制來改變自身阻抗,以此保障併網穩定性,是目前系統穩定研究的重要方向之一,也是蒙特卡罗国际阻抗研究團隊近年的重要研究內容。

    序阻抗半實物測量解決方案

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    圖5 基於RT-LAB實時仿真分析測試平臺

    真實控制器:待測裝置控制系統,爲真實裝置;

    RT-LAB實時仿真系統:搭建大規模大電網和MMC電磁暫態實時仿真模型,並通過自帶的IO接口或者外部接口接收控制器下發的信號及實時的向控制器反饋模擬環境的特徵信息,仿真系統具有實時分段觸發及記錄數據的功能(阻抗掃描功能),以便存儲不同頻率擾動下阻抗數據等。

    上位機系統:主要進行仿真對象建模、實時仿真管理、測試數據數據與分析及加載阻抗提取、分析、識別及優化功能模塊。



    研發團隊

    蒙特卡罗国际成立序阻抗理論工程化獨立科研團隊,特聘孫建教授帶領博士團隊進行小信號序阻抗理論與併網穩定性的相關研究和工程應用。


    孫建教授1995年畢業於德國帕德博恩大學並獲得博士學位,2002年受聘爲美國倫斯勒理工學院副教授,現任倫斯勒理工學院電氣、計算機和系統工程系教授, 並任紐約州未來能源系統中心主任。


    孫建教授10多年來致力於交流電力電子系統的穩定性研究,獨創的基於小信號序阻抗的建模和穩定性分析方法,經過近15年的持續研究,建立了一套相對完整的理論體系和工程實用技術。他和他的研究小組推導並驗證了不同類型的風機、光伏逆變器及高壓直流裝置的阻抗模型,用阻抗方法分析多種可再生能源和高壓直流系統的穩定性和振盪問題,並將該方法系統地用於解決實際工程問題。發表相關學術論文170多篇,受邀在20多個國家和地區作相關學術報告和公開演講近80場,介紹他的阻抗建模理論和分析方法。


    孫建教授爲IEEE Fellow,受聘擔任包括TenneT、GE、Facebook、國網公司等在內的10多家全球大中企業的顧問,指導可再生能源發電、高壓直流、大型數據中心及其它電力電子佔主導地位的電力系統的穩定性和振盪問題的分析和解決,積累了豐富的工程經驗和大量的資料。


    理論應用範圍

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    在線溝通
    +86-21-54234720-836