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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。
        直流變壓器仿真測試
        概述

        直流輸配電技術由於其各方面的優良特性,成爲了近年來的研究熱點,直流變壓器作爲直流輸配電網的關鍵設備,也同時受到廣泛關注。在直流變壓器拓撲方面,採用高頻隔離變壓器取代傳統的工頻隔離變壓器被普遍認爲是智能電網中的新一代高頻隔離功率轉換技術的必然發展趨勢。


        由於用於電網中的高壓大容量電力電子裝置的龐大與複雜性,通常無法進行直接實驗研究,並且其建設週期長,建設成本高。隨着計算機技術的發展,先進的數字模型仿真技術逐漸成爲電力電子及電力系統相關領域的重要研究手段。數字仿真機的使用可以有效的減少開發週期、測試成本、並且實現實際情況下難以完成的測試環境。


        對直流變壓器結構特性的實時仿真是其技術研發中關鍵的問題, 其主要挑戰在於小步長模型的搭建,高頻開關信號的採集,以及拓撲結構的靈活變換擴展,基於eHS解算器思想,利用FPGA的快速計算、可重構映射的特性,實現步長小於1微秒的直流變壓器模型仿真。

        組成與原理

        直流變壓器FPGA片上仿真,利用FPGA的快速計算、可重構映射的特性,藉助eHS圖形化工具,將CPU中的電力電子拓撲自動轉化到FPGA中解算,並將計算結果實時回送CPU中顯示。


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        圖1 系統原理圖


        功能與規格

        ■ eHS是圖形化的模型搭建工具,不需要FPGA的編程語言。

        ■ 在對電力電子拓撲進行改動時,eHS也不需要重新生成FPGA代碼,節省大量時間。

        ■ eHS解算器使用基於固定導納矩陣的節點法解算電路,確保了模型在低於1微秒時的穩定性。

        ■ eHS解法器和RT-LAB狀態空間節點(State-space Nodal)算法可以無縫結合。

        應用方案

        某電科院柔性直流配網系統中,直流變壓器採用了兩層控制方案,上層控制器在CPU中實現,通過傳統的PI控制計算相移角度,利用CPU模型中現有的PI控制器模型的優勢,如下圖所示。


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        圖2 上層控制算法模型




        底層控制器,即三階模塊電源側和負載側的PWM產生器,放置在FPGA中,從而在滿足仿真精細度的同時,也提高仿真速度。


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        圖3 底層控制算法模型


        直流變壓器本體仿真

        直流變壓器作爲柔性直流配網系統中的關鍵設備,項目中,直流變壓器採用雙向全橋拓撲,高壓側爲3全橋串聯,低壓側爲3全橋並聯,採用定低壓側電壓控制,雙向全橋的驅動採用單移相方式,開關頻率10KHZ,系統額定功率30KW。


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        圖4 直流變壓器仿真


        直流配網繼保測試及協議通信

        測試整系統故障清理能力,整體仿真分析,提出了直流配電系統保護分區方案和各類故障的保護配置方案;改進基於直流配電動態模擬實驗系統的控制保護樣機技術方案。與某廠商繼保配合,糾正並改進保護策略。

        整體接入的設備主要包括主控系統(104規約)、換流器、保護裝置(61850),風光儲發電模擬備(modbus規約)、直流線路模擬(modbus規約)設備,因此整體系統通信任務繁重複。


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        圖5 換流站繼保策略 



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         圖6 整體系統的接口交互圖  


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