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研旭新能源發電MMC直流送出系統實時仿真平臺

研旭新能源發電MMC直流送出系統實時仿真平臺

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【摘要】:
在黨中央的領導下,全國疫情迎來決勝時刻。研旭在疫情期間,堅持疫情防控和有序恢復生產“兩手抓、兩不誤”!在合作伙伴的大力支持下,在研旭全體員工的勤奮與努力下,近期研旭市場部前線傳來喜訊,研旭將牽頭參與中國電科院新能源發電MMC直流送出系統實時仿真平臺的建設。再次感謝合作伙伴的大力支持,感謝研旭全體員工的努力與付出。

在黨中央的領導下,全國疫情迎來決勝時刻。研旭在疫情期間,堅持疫情防控和有序恢復生產“兩手抓、兩不誤”!在合作伙伴的大力支持下,在研旭全體員工的勤奮與努力下,近期研旭市場部前線傳來喜訊,研旭將牽頭參與中國電科院新能源發電MMC直流送出系統實時仿真平臺的建設。再次感謝合作伙伴的大力支持,感謝研旭全體員工的努力與付出。

 

一、新能源發電MMC直流送出系統實時仿真平臺主要物理拓撲

 

研旭參與的中國電科院新能源發電MMC直流升壓匯集與送出實時仿真平臺項目中主要包括:

 

3臺風電機組、1.5MW光伏發電、2臺同步發電機、35kV交流串聯可調阻抗、LCC-HVDC、VSC-HVDC、2臺直流斷路器、3臺35kV DC/DC變流器、3臺10kVDC/DC變流器,以及交直流線纜等設備。

 

新能源發電MMC直流送出系統實時仿真平臺主要物理拓撲結構如圖1所示。

 

 

圖1 新能源發電MMC直流升壓匯集與送出實時仿真平臺物理拓撲

 

研旭在新能源微電網仿真平臺、風力發電仿真平臺、光伏發電仿真平臺、基于模型設計的新能源實時仿真平臺中已經積累了較多的工程經驗與實施案例,推出的YXSPACE系列實時仿真器結合MBD(model base design 基于模型設計理念)能夠大大提高項目中關鍵控制器的各類控制算法的驗證效率,降低算法與架構人員對平臺硬件的依賴以及對代碼調試的工作量??梢哉f為在牽頭本項目平臺建設做了很好的鋪墊,盡管如此本項目對研旭依然有較大挑戰:

1、中國電科院更高的質量要求、更全面的性能指標覆蓋 、更復雜的測試要求

2、大功率的直流輸電MMC可靠運行與仿真平臺搭建

3、跨平臺跨廠商之間的協作與協調。本項目中的關鍵部分下邊將進行概要介紹。

 

二、新能源發電MMC直流送出系統實時仿真平臺主要接口形式

 

新能源發電MMC直流升壓匯集與送出實時仿真平臺的主要架構與接口形式如圖2所示。

 

 

圖2 新能源發電MMC直流升壓匯集與送出實時仿真平臺的主要架構與接口形式

 

上位機直流實證平臺中以數字孿生系統為關鍵部分,該系統將充分利用現有物理模型、以及系統中傳感器進行實時數據采樣更新、系統中運行歷史等數據,集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程,在虛擬數字空間中完成現有物理模型新能源MMC直流送出系統的數字映射,從而更全面的應對該典型系統中運行問題、控制優化問題、維護問題的研究。該部分合作單位有著非常好的研究基礎與平臺條件。

 

該系統的目標機將仿真實時物理模型,采用CPU+FPGA異構平臺架構,多時間尺度高實時性是這個平臺的關鍵,合作單位在這一領域內有豐富的實時經驗。

 

該系統的實時控制器部分,主要特點是采用基于模型設計的理念,可從離線仿真控制算法模型一鍵生產平臺代碼,算法研究效率高效??刂破鞑糠址譃橹绷鬏旊娍刂?、光直流光伏控制、交流控制(含交流光伏、含雙饋風機控制),研旭與合作廠家將共同開展研發與實施工作。研旭目前推出的YXSPACE-SP6000系列將應用在此處。

 

YXSPACE-SP6000物理結構示意如圖3所示,主要接口示意如圖4所示。

 

 

圖3 YXSPACE-SP6000實施仿真器物理結構示意

 

 

圖4 YXSPACE-DP6000實施仿真器接口示意

 

YXSPACE系列是研旭推出的系列基于模型設計的控制器,目前有SP1000、SP2000、SP6000三組產品,分別覆蓋低、中、高基于模型的實時控制應用。SP1000為單板盒型設計,接口數量有限,充分發揮TI-C2000NCU芯片的功能,具有跟實際工業控制芯片接近,同時具備快速編程應用的能力,SP2000為掛箱設計,背板插件式結構,1個C2000系列DSP核,多個FPGA,外設端口可擴展,相比SP1000,具備更強的實時計算以及更多的擴展端口,SP6000系列采用TI 高性能 C6000系列DSP核+FPGA,擴展的端口遠多于SP2000,計算能力顯著強于SP2000,具備一定的硬件在環仿真能力。

 

三、源端光伏DC/DC結構

 

在新能源端,光伏直流側考慮高頻隔離變壓器的變比及功率模塊容量,500kW光伏直流升壓DC/DC變換器功率模塊采用單向LLC諧振實現IGBT模塊的軟開關,采用高頻隔離變壓器實現電氣隔離和電壓變換,高壓側采用電容串聯代替一組開關器件以減小隔離變壓器的變比,光伏直流升壓DC/DC變換器設計為8個功率模塊組成偽雙極IPOS拓撲(注:IPOS拓撲為多模塊輸入并聯,輸出串聯 Input Parallel Output Series,IPOS變換),單模塊額定功率為62.5kW,系統原理圖如下圖5所示,單模塊原理如圖6所示。

 

 

圖5  IPOS拓撲系統原理圖

 

 

 

圖6 單向LLC諧振DC/DC變換器原理圖

 

500kW光伏直流升壓DC/DC變換器主要技術指標如下:

(1)變換器額定功率:500kW;

(2)變換器變比:1比85;

(3)高壓側額定電壓:70kVDC(DC±35kV±5%);

(4)高壓側平均電流:7.2A;

(5)低壓側額定電壓:820V(750VDC~850VDC);

(6)低壓側平均電流:610A;

(7)過載能力:1.1倍過載30min;

(8)高壓側穩壓精度:<3%;

(9)高壓側電壓紋波:<2%;

(10)能量流動方向:單向;

(11)防護等級:IP20(柜體);

(12)使用環境:戶內;

(13)冷卻方式:強制風冷加自冷;

(14)控制供電:外取電;

(15)柜體顏色:RAL7035(依照客戶要求);

(16)進出線方式:下進下出;

 

光伏端也可以單獨交流并網輸出,光伏并網系統這里不贅述,具體內容可以參見研旭光伏并網仿真平臺。

 

四、源端雙饋風機半實物仿真平臺

 

源端雙饋風機半實物仿真平臺結構如圖7所示。

 

 

圖7  雙饋風力發電實驗仿真平臺結構圖

 

風電控制系統結構如圖8所示。

 

圖8 風電控制系統結構圖

 

控制算法,可以通過yxspace系列產品從SIMULINK模型一鍵生成實時控制器的運行代碼??梢愿咝У膰L試與比較各類算法的效果,更快的調整相關參數或者提出新算法或者針對新問題進行算法控制類研究。

 

五、基于MMC的直流輸電控制

 

直流輸電控制系統如圖9所示

 

圖9 柔性直流輸電控制系統框圖

 

控制系統的主要作用是根據當前運行情況,通過對調制波形的調節,以實現系統要求的有功、無功控制目標??刂葡到y還具有根據交直流系統運行工況進行換流閥解鎖/閉鎖順序的控制、站內開關、刀閘的順控和聯鎖、保證系統的平穩啟/停以及為提高系統性能而進行的附加控制等。

 

柔性直流輸電采用MMC拓撲結構,如圖10所示。拓撲結果采用模塊化級聯方式,單個模塊分別采用半橋結構和全橋結構,具備雙模式混合運行功能。

 

柔直輸電換流器材料技術參數見表1。

 

圖10  柔性直流輸電拓撲結構

 

 

表1  MMC技術參數

 

具體MMC控制詳情可詢研旭以及研旭合作方。

 

六、總結

 

該新能源發電MMC直流送出系統實時仿真平臺可進行可再生能源接入柔性直流電網的并網控制算法、啟動閉鎖算法、功率控制算法、故障穿越控制算法、數字孿生系統、小步長數字實時仿真等等相關研究。該平臺傾注了研旭多年技術積累,以及研旭的合作方的大力技術、實驗條件等系列支持。不負韶華,激流勇進。再次感激研旭合作方的鼎力支持,研旭定當倍加努力,以創造更多價值。

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