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解决方案
The Solution
量身定制符合客户需求的彩世界官网网址测试系统及解决方案。解决方案涉及电力、高端装备、新能源车及教育等领域。
基于小信号序阻抗理论的系统稳定性解决方案
应用背景

随着柔性直流输电和新能源发电在电网渗透率不断提高,电力系统需要吸纳更多的电力电子设备并网,使得电力系统呈现出高度的电力电子化趋势。VSC(Voltage Source Converter)和MMC(Modular Multilevel Converter)等并网变换器的宽频带控制特性给并网稳定性带来了新的挑战,次超同步振荡现象频繁发生,严重影响电网安全运行。


2014年,德国北海的海上风电经MMC并网工程出现谐振事故,导致大量设备损坏、系统停运半年,造成严重经济损失,引起业内广泛关注。2015年,美国伦斯勒理工学院的孙建教授采用小信号序阻抗理论成功解决北海谐振事故,之后该理论又在多个并网工程实践中得到检验,证明有效。

基于RT-LAB的序阻抗获取

基于并网变换器的拓扑结构和参数等,理论推导模型的可以深入分析序阻抗曲线和指导控制策略优化。基于小信号序阻抗理论,采用谐波线性化(包括单谐波线性化和多谐波线性化)方法对并网变换器的序阻抗进行建模分析,进而由波特图得到序阻抗曲线。


半实物彩世界官网网址测量基于RT-LAB硬件在环技术,支持现场真实运行控制器接入电磁暂态数字电网,而后采用扰动注入、数据录波和信号处理方式得到并网变换器的序阻抗曲线。半实物彩世界官网网址测量方法将并网变换器的控制部分视为黑盒,能够在保护知识产权的前提下普遍应用,同样适用于工程中序阻抗曲线的第三方认证。

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图1 MMC-HVDC半实物测量系统搭建

 

实例验证,图2和3为VSC的序阻抗校验示例,其中测量结果通过半实物彩世界官网网址测量获取,理论推导通过单谐波线性化得到的理论模型获取,两个结果趋近重合。理论推导曲线验证了半实物测量方法获取曲线趋势的正确性,RT-LAB半实物测量进一步基于真实控制器获取了变流器运行的暂态细节,指导曲线适应工程需要不断优化。其中RT-LAB的eHS算法模块彩世界官网网址步长可精确至亚微秒级,是保证电力电子装备阻抗曲线精确获取的重要技术基础。

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图2 VSC正序阻抗校验示例

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图3 VSC负序阻抗校验示例

MMC-HVDC并网系统稳定性分析

MMC-HVDC系统可采用多谐波线性化方法得到序阻抗的理论模型,分析图4的MMC平均模型可知MMC具有多谐波特性。与单谐波线性化相比,多谐波线性化的主要特点是在基波和谐波的基础上加扰动,扰动为向量形式,并且将卷积运算转换为矩阵运算。


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图4 MMC平均模型

求取三相电网电流传函并进行序变换得到电网正序和负序电流传函,将电网等效为电压源串联电网阻抗,并网变换器等效为电流源并联并网变换器阻抗。分析电流传函可知三相并网稳定需要正序和负序并网同时稳定,要求电网和并网变换器的序阻抗比值满足奈奎斯特稳定判据。


在电网结构和参数已知的情况下,可利用具有频率扫描功能的电磁暂态彩世界官网网址软件EMTP-RV获取电网阻抗。但由于电网阻抗的变化会导致谐振频率发生变化,要求并网变换器自适应控制来改变自身阻抗,以此保障并网稳定性,是目前系统稳定研究的重要方向之一,也是科梁阻抗研究团队近年的重要研究内容。

序阻抗半实物测量解决方案

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图5 基于RT-LAB实时彩世界官网网址分析测试平台

真实控制器:待测装置控制系统,为真实装置;

RT-LAB实时彩世界官网网址系统:搭建大规模大电网和MMC电磁暂态实时彩世界官网网址模型,并通过自带的IO接口或者外部接口接收控制器下发的信号及实时的向控制器反馈模拟环境的特征信息,彩世界官网网址系统具有实时分段触发及记录数据的功能(阻抗扫描功能),以便存储不同频率扰动下阻抗数据等。

上位机系统:主要进行彩世界官网网址对象建模、实时彩世界官网网址管理、测试数据数据与分析及加载阻抗提取、分析、识别及优化功能模块。



研发团队

科梁成立序阻抗理论工程化独立科研团队,特聘孙建教授带领博士团队进行小信号序阻抗理论与并网稳定性的相关研究和工程应用。


孙建教授1995年毕业于德国帕德博恩大学并获得博士学位,2002年受聘为美国伦斯勒理工学院副教授,现任伦斯勒理工学院电气、计算机和系统工程系教授, 并任纽约州未来能源系统中心主任。


孙建教授10多年来致力于交流电力电子系统的稳定性研究,独创的基于小信号序阻抗的建模和稳定性分析方法,经过近15年的持续研究,建立了一套相对完备的理论体系和工程实用技术,是该领域的国际权威。他和他的研究小组在世界上第一次推导并验证了不同类型的风机、光伏逆变器及高压直流装置的阻抗模型,第一次用阻抗方法分析多种可再生能源和高压直流系统的稳定性和振荡问题,并第一次将该方法系统地用于解决实际工程问题。发表相关学术论文170多篇,受邀在20多个国家和地区作相关学术报告和公开演讲近80场,介绍他的阻抗建模理论和分析方法。


孙建教授为IEEE Fellow,受聘担任包括TenneT、GE、Facebook、国网公司等在内的10多家全球大中企业的顾问,指导可再生能源发电、高压直流、大型数据中心及其它电力电子占主导地位的电力系统的稳定性和振荡问题的分析和解决,积累了丰富的工程经验和大量的第一手资料。


理论应用范围

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