【研旭电气方案推荐】基于MMC多端柔性直流输电新型电力系统/海上风电模拟系统

南京研旭电气科技有限公司

背景介绍

随着电力工业的发展,全控型半导体器件被越来越多地应用到电力的传输分配,电能质量的提高等领域之中,基于全控型半导体器件的电压源换流器(VSC)技术以及其在高压直流输电(HVDC)领域中的应用得以飞速发展。

柔性直流输电技术具有以下优点:

1）可以独立控制有功和无功功率;

2）能够向无源网络供电;

3）在潮流反转时仅需调整直流电流方向,从而更加适用于构建多端网络。

多端柔性直流输电(VSC-MTDC)技术是指使用到多个电压源换流器的柔性直流输电技术,其不仅具有两端系统的所有特性,同时还可以用于构建多个送电端,多个受电端的直流输电网络。由于VSC-MTDC系统在新能源并网,构建城市输配电网领域的独特优势。

多端柔性直流输电系统相比于两端系统而言拥有更高的灵活性和实用性,适用领域更加宽广,但与此同时,多端柔性直流输电系统在控制器设计以及控制策略选择上更为复杂,因此设计和选择合适的控制策略是构建多端直流系统的关键所在。

目前已有的研究成果多停留在数字仿真阶段,而多端柔性直流输电是一个复杂的非线性,多变量的系统,因此有必要建立一个动态模拟实验平台对多端柔性直流输电系统进行实验研究,以反映其在实际运行环境中的运行特性。

对此，南京研旭电气科技有限公司设计了一整套基于多电平MMC的多端柔性直流输电的实验仿真平台。通过此平台，研究人员可以研究柔性直流输电的真实工作特性，可以缩短研究和开发周期、节省研究经费，便于对柔性直流输电的控制技术展开全面深入的研究，具有重要的显示意义。

系统特点

基于MMC多端柔性直流输电系统用以实现多个电压等级的交直流电源、负荷和储能装置之间的联接，以及功率和电压的精确控制，并在此基础上拓展多种系统级运行和控制软件应用。

1）系统引入电力电子变压器（PET）/能量路由器，代替传统的电力变流器。电力电子变压器/能量路由器又称固态变压器，是一种结合电力电子变流技术与高频变压技术，实现两种不同电力特征的电能之间转换的静止电气设备。这种新型的变压器除完成传统变压器基本的变压与隔离功能之外，还可以实现对系统中电压、电流的连续调节、综合控制以及智能管理等功能。

2）搭建一套1.2KV的直流电压系统，模拟中压系统，整体设备的参数、性能和保护更贴近实际。

3）实验系统不仅能满足本科高校传统的“电路分析”、“电工基础”、“电力电子技术”等有关课程实验教学要求，还能够满足本科院校的电路创新、工程训练、毕业设计及课程设计等功能要求。该设备适合作为高校培养应用型人才的基础教学设备；还可以为师生搭建科研以及创新实践的平台。对提升教师的科研水平和学生创新实践能力有较大的帮助；

4）系统并不局限于有效集成分布式能源，更具备能量管理与调度、电能质量治理与控制、支持各端口灵活地切除与投入（即插即用）、协同保护等作用。在主干电网的末端或关键连接点配置交直流混联的多端口变换器系统，取代传统模式下各种能源或负载直接接入电网的方式。

5）系统中既包含交流母线，又具备直流母线，两种母线混合在一起，可提供更多的研究实验和更灵活的能量管理策略。

6）可实现智能并离网（并网与孤岛状态）切换，既可以并网运行，也可以孤网运行，实现无缝切换，且多种运行模式相互自动或手动方式切换。各子系统可以独立完成相关的实验。

7）集成并/离网切换、黑启动、功率平滑、时移、故障诊断、离网功率平衡控制、有功/无功功率控制、电压/频率响应特性控制、保护等功能。

8）实现微电网整体系统数据监控、数据采集、设备管理、功率控制、电能质量监测、能效评估、用电计划设定，经济性分析等。

9）配置分级保护和计量装置，在微电网内部故障、外部故障情况下，均保证其准确、快速动作，使系统安全运行。

10）开放部分一次侧设备的软硬件资料，包括板级硬件图纸以及软件驱动源代码、算法源代码等，开放上位机软件的源代码程序。提供整体的系统的基础开发平台，方便用户二次开放，提供详细而丰富的培训课程，使用户可快速入门并掌握整体系统，大大提高科研实验的效率。

系统架构

系统由同步电机发电系统、陆上换流站系统、直流输电线路系统、海上换流站系统、海上风电模拟系统、多端口能量路由器/电力电子变压器系统、快速原型控制开发系统、SCADA监控系统、配电系统等系统组成，可按照客户的需求进行灵活搭配。

基于MMC柔性直流输电新型电力系统拓扑架构

1、同步电机发电系统

2、陆上换流站系统

3、直流输电线路系统

4、海上换流站系统

5、海上风电模拟系统

6、多端口能量路由器/电力电子变压器系统

7、快速原型控制开发系统

8、SCADA监控系统

9、配电系统

系统主要部件技术说明及特点介绍

4.1.模块化多电平MMC变换器

4.2. 同步机发电系统

4.3 基于多端口变换器的能量路由器/电力电子变压器

4.4 光伏发电系统

4.5 模拟风力发电系统

4.6 储能变流控制系统

4.7 可编程RLC模拟负载

4.8 配电系统

4.9 半实物快速原型开发系统

4.10 微电网主控控制系统

五、新型电力系统实景案例展示图

5.1 国电南瑞科技股份有限公司

5.2 国网智能电网研究院

5.3 湖南科技大学

5.4 四川大学

5.5 广西大学

5.6 国能经济技术研究院有限责任公司

5.7 合肥工业大学

5.8 厦门大学

5.9 中南大学

5.10 湖南大学

5.11 重庆理工大学

5.12 郑州大学

5.13 海军工程大学

5.14 内蒙古工业大学能动学院

5.15 湖南工商大学

5.16 四川大学

5.17 西南交通大学

5.18 长沙理工大学

5.19 山东交通大学

5.20 三峡大学

内容来源：研旭电气公众号

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