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经典案例
Classic Case
公司在国内拥有众多成功用户,涉及电力、高端装备、新能源车及教育等领域,并且与他们建立了长期的、友好的合作关系。
基于RT-LAB的柔性直流配电实时仿真平台助力国家863课题研究
项目背景 (Background)

随着电力电子技术的发展,以及微电网开始大量接入电网,柔性直流配电网因其线路造价低、电能损耗小、供电可靠性高、微电网接入成本低等优点,正在成为各国的一个研究热点。


为了对柔性直流配电技术进行深入研究,深圳供电局有限公司牵头,联合清华大学、浙江大学等单位承担了国家科技部863项目-“基于柔性直流的智能配电关键技术研究与应用”的研究工作。该项目针对目前城市地区交流配电网面临的电能质量问题突出、分布式电源发展迅速等问题,研究在城市配电网中使用柔性直流技术,通过向特定用户专门供电,使用电压源换流器改善交流配电电能质量问题;以及在直流侧直接接入分布式电源和储能设备,向直流负荷直接供电等技术方案,解决城市配电网中面临的若干重要问题,扩展柔性直流技术的应用方向。


科梁使用RT-LAB实时仿真机搭建了的一个柔性直流配电控制保护系统的硬件在环研究和测试平台。该平台在此项目中发挥了重要的作用,协助深圳供电局顺利完成柔性直流配电网一期仿真实验。

技术挑战 (Challenges)

目前,国内对直流配电网稳态分析、故障分析、运行控制以及电能质量等方面的技术研究主要是在数字仿真软件上进行的分析与验证。而纯数字仿真软件对柔性直流配电保护系统进行的研究不能真实模拟保护装置的相应特性, 无法预期硬件实现中可能存在的问题,也不便于测试不同控制层面或不同装置之间的控制器通讯和协调。


但是,搭建精确易用的数字模型完成对柔性直流配电网进行实时仿真,特别是如何准确模拟MMC电压源换流器(VSC)和开关频率高达数十千赫兹的高频直流变压器的是当前国际上的技术难题。


首先,要有足够小的仿真步长才能够完整计算快速的电磁暂态现象;其次,对高频开关信号的采样步长要低于1毫秒才能实现对控制器性能的准确模拟;另外,仿真器要有可扩展能力,能够将高频电力电子装置与其他装置或者电网进行整体仿真,完成系统性能测试;最后,开发应用人员要以最小的成本和最快的时间掌握使用和进行二次开发。

解决方案 (Solutions)

为解决这些难题,OPAL-RT开发了eFPGAsim这一基于FPGA的实时模型软件套组。eFPGAsim采用先进的eHS技术,使用亚微秒级步长仿真电路。用户可完全使用图像工具来进行建模。eHS可对电路网格进行分析,并自动在FPGA上构成矩阵形成电路而无需对FPGA进行编程。并且eHS模型可与RT-LAB仿真器无缝集成从而实现多速率,多领域仿真,如:以低于1微秒的步长仿真电力电子子系统,并以20至50微秒的步长仿真与之连接的电网。


科梁基于RT-LAB的柔性直流配电实时仿真平台,完成了包含直流配电系统关键换流设备、分布式电源、储能系统及交直流负载的柔性直流配电网系统建模,利用该平台对柔性直流配电网的保护装置在交流侧、换流器内部及直流线路进行了故障硬件在环测试。验证了直流配电系统关键设备建模的有效性及直流配电系统控制保护策略的有效性。

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图1柔性直流配电系统实时仿真模型

项目成果

在该项目的研究工作中,科梁提供贯穿始终的技术支持与工程实施服务,协助客户全面地开展了直流配电系统控制保护关键技术研究工作和关键设备研制工作,利用RT-LAB实时仿真系统与保护装置进行无缝链接,在国内首次搭建出基于典型四端柔性直流配电网的硬件在环测试平台,对柔性直流配电系统的典型架构、控制保护功能架构、及其核心设备直流变压器、能量管理方案等进行了全面研究,取得了丰富的研究成果,得到国家科技部验收专家小组的一致认可。


该项目的成功验收,显著提高了我国在柔性直流配电技术领域的研究水平,促进了我国直流控制保护技术和配网用电力电子设备技术的发展,也为后续二期863子课题七端直流配电系统实时仿真提供了有益的参考。

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