"模块化多电平转换器（MMC）系统与传统的电压源换流器 相比，在直流输电、微电网或可再生能源应用中具有许多优势。MMC 与众不同的拓扑结构提供了多种新功能，需要使用复杂的控制器来满足额外的控制要求。
在这篇文章中，我们采访了目前在 OPAL-RT 的 AXES应用 专业和电气仿真）部门工作的李伟，他所在的团队专注于 HVDC 工具。他正在开发 MMC（模块化多电平转换器）建模工具，用于模拟这种转换器类型和混合拓扑结构。
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采访者（四）： "您好，感谢您接受我们的采访。Wei Li，如果说 HVDC 和 MMC 是目前市场需要的东西，这是否正确？
Wei Li（WL）："是的，MMC（模块化多电平转换器）是一种换流器的专业术语，无论是从交流系统到直流系统，还是从直流系统到交流系统。通常，我们说它们是高压直流的一个子集，而高压直流本身就是连接两个交流系统的纽带。MMC 看起来是高压直流技术的未来。目前有几个大型工程项目正在使用这种 MMC 高压直流技术"。
IV： "那么，为什么市场现在就一定准备好了呢？
WL："因为它有一些技术优势--人们一直在进行研究。现在，人们正在利用这些技术进行建造。与以前的技术相比，它有点困难，对控制器来说有几个挑战。在我们的系统中，我们提供了实时硬件在环（HiL）仿真 和测试台。HiL 实时测试台的主要功能是让这些制造商在现场实际调试控制器之前对其进行验证。特别是当他们测试高压、大功率时--这很难，而且不一定是你想在现场开始测试的。
"五年前这很困难，但现在当他们看到当前高压直流项目的成功时，他们会选择在我们的系统中测试他们的控制器。这对他们来说有几个好处：第一个好处是，他们可以在原型设计和涉及硬件之前的较早阶段进行测试。其次，即使您已经构建了控制器，但其成本高昂、潜在危险大，而且您无法测试所有情况，因此能够进行原型测试是另一个优势。您不能故意测试故障场景，因为您可能会中断服务或损坏设备等。例如，你必须知道你的控制器或保护系统在最糟糕的情况下也能正常工作，这也是原型阶段测试的另一个优势。
"我们已经有几个 HVDC MMC 项目，他们已经使用了我们的模型和仿真器 作为硬件测试台。几年来，我们一直在这样做，而且非常成功。但随着技术的发展，对于真实系统，用户已经尝试了其他不同的技术。因此，我们的实时模拟器必须紧跟市场趋势。例如，在中国，已经有几家制造商参与了合同竞标，现在要在明年建造。对于 MMC，有数百个模块堆积在一起，用于高压用途。以前，在一个系统或一个项目中，所有模块都是一样的：要么都是半桥，要么都是全桥。而现在，它们混合在一起，具有一些技术优势。以前，人们在模拟这些模块时可能会遇到困难。也许他们有变通的办法，但并不直接"。
"现在，我们在模型中可以混合子模块类型：其中一种占 80%，另一种占 20%，等等。因此，为了复制这些场景--因为在真实世界中，它们将是混合类型的--他们必须能够仿真 混合，并随意改变混合的比例。系统在故障期间的表现是全新的、不同的，我们必须能够仿真 这种情况。因此，在设计时，他们会测试各种方案，看看哪种方案是最佳的"。
"我们已经有了这个新功能，我们将公布它，告诉人们我们可以做到这一点。对于这些新功能，人们可以在一个项目中测试混合模块，在仿真过程中，你可以改变仿真 中模块的比例，看看有什么变化，并根据这些变化验证设计。最终，控制器将被置于硬件在环（HiL）测试台。
IV： "听起来我们已经有了这种产品或试验台？"
WL："我们在 eFPGASIM 和HYPERSIM 中都有一个名为 MMC 的库。每个盒子可以有数百个模块。我们支持这两个平台，使用硬件和软件，现在我们拥有完整的 MMC 库。我们知道我们必须怎么做，但我们现在已经准备好了一个产品--一个测试台--它具有 MMC/混合 SM 的功能，可以应对市场所取得的进步"。
"所以这更像是一个新功能的宣布。我在这里工作了 10 多年，我有电气工程背景。我的专业是电力系统，刚加入公司时，我们有一个 EMS（电磁系统）团队：我们负责满足客户对电力系统建模的特殊需求，但当时还没有专门针对 MMC 建模。随着团队的壮大，每个团队成员开始负责不同的特定领域。这大概是 6-7 年前的事了。现在，我的团队加入了 AXES。现在我们是 FACTS 和 HVDC 团队。
IV： "随着市场开始取得技术进步，我们如何得知市场上的这些新发展？"
WL："首先，我们密切关注市场的需求。我们努力了解当前学术研究的研究课题，然后撰写和阅读有关这些课题的论文，参加各种会议，密切关注市场动向。就这一特定主题而言，它是一个热门话题。全球有多个 MMC 项目正在进行，还有许多传统的 HVDC 项目。我们与这些电力公司和制造商有着密切的联系，因此我们很容易就能跟上时代的步伐。
"对于行业人士，我们试图了解他们的计划项目是什么。对于学术界人士，我们希望了解他们正在研究什么。并且要了解未来 5-10 年的情况，或者在我们力所能及的范围内。现在，大多数 MMC 都用于 HVDC，STATCOM 是另一种提供无功功率的设备。因此，我们也为学术研究提供解决方案、工具等，因为除了显而易见的好处之外，它还能让我们看到未来的研究课题。
"当我们提供实时仿真 解决方案时，首先尝试的总是使用通用方法：利用电力系统中的各种基本组件建立模型。这些理论已存在多年。当人们需要实时验证 MMC 控制器时，这就变得复杂而困难。数以千计的模块，我们必须对其进行实时仿真 。使用传统的仿真 方法几乎是不可能的。我们必须研究这一特定电路，在模型中进行优化，并提前开展研究。这是另一种领先市场的方法。这样我们就可以超越传统方法，因为我们已经针对混合拓扑结构进行了优化。然后，人们会说，'我想在现场建造不同的拓扑结构'。因此，当他们这样做时，我们必须让他们能够实时仿真 所有变化。
四 "听起来，当我们有大型项目时，一切都会变得非常庞大。你是这个意思吗？
WL："是的，因为有这么多的组件，它们都在一起工作，而且必须进行实时仿真，速度很快。因此，我们想出了一种优化的方法，我们可以做到实时，而且分辨率和细节都更好。当你一路扩大规模时，你必须优化并关注特定的操作。当有人来找你，告诉你有混合模块时，你就知道自己还有工作要做。幸运的是，我们拥有优秀的研发人员和客户，他们已经明确了自己的需求。当他们开始投标并制造系统时，我们已经完成了背景工作，所以我们赶上并领先于曲线。
"不同的客户有不同的需求。因此，有些客户会建造高压直流输电系统，他们必须用 HiL 验证他们的控制器。因此，当他们设计系统、拓扑结构等时，通常是自己完成的。出于商业原因，设计阶段通常是保密的。一旦系统准备就绪，他们就需要一些 HiL：测试台 能够精确地仿真 他们的系统。我们知道他们想要什么，我们准备好模型，我们必须满足他们的要求，实时仿真 他们的系统。在极少数情况下，如果我们用现有工具无法立即做到，我们就必须找出解决方案、优化模型或开发一些东西。因此，我们的主要目标或成功点是实时仿真 他们的系统。我们需要的解决方案不仅要足够快，还要足够详细和准确--这是三个关键点"。
ReaIn学术研究"则有些不同，他们试图找出各种可能性，有时会有非常有创意的设计。他们会与我们合作，通常是反复合作，他们可能希望我们提供一些模型，或者尝试一些新的东西。但据我了解，他们的一个完整测试周期是，他们使用离线仿真设计系统和控制器；然后，他们将尝试构建缩小的等效系统，并将控制器直接下载到实时模拟器中。这就是快速控制原型（RCP）--它只是一个控制器原型。因此，在这个周期内，他们会尝试优化参数，并验证控制器是否有效。然后，在控制器投入使用之前，他们会将其连接到模拟器上。我们称之为 HiL。最后，他们将控制器连接到实际设备上。
四： "我们有所有这些类别的产品，对吗？"
WL:"没错。我们的产品从一开始就提供离线仿真 ，然后是全数字实时仿真。这样，我们的实时仿真器既可以用作原型控制器，也可以用作工厂。作为原型控制器，我们将所有控制逻辑下载到实时模拟器中，并连接到一些硬件设备上进行控制。作为工厂，它不仅用于稳态系统，还用于（如果不是主要用于）仿真 故障时的行为。我们有一种特殊的测试模式，非常适合使用两个独立仿真器客户：一个作为控制器，一个作为工厂。没有比这更接近于仿真 现实生活行为的方法了，因为现实生活中存在输入/输出噪声和延迟延时"。
"考虑到输入/输出这一非常重要的因素是非常必要的，因为它们在很多情况下都会造成问题。因此，在同一个仿真 中对所有这些进行测试可以增加确定性、节省资金、提前解决问题，而且使用 HiL，您可以在一天内轻松完成多项测试--完成一项测试后，您只需将模型重置为稳定状态，然后再次进行测试。这只需几秒钟就能完成。在现场，您需要切断所有设备的电源，然后重新开始。对于世界上第一条多端高压直流输电线路，在投入现场使用之前，他们必须进行 650 到 1000 次测试，这样才能保证其可行性。
"你可以想象，如果你做这么多测试，如果每天都能节省一些时间，你就能节省大量的时间。在这个领域，时间就是金钱。在中国，他们会在一年内完成这些测试。如果在现场进行 1000 次测试，以每天一次的速度计算，则需要三年时间。但他们在几个月内就完成了所有这些工作。而且每次测试都要进行多次"。
IV： "这一切的规模实在令人震惊"。
WL："是啊，简直太棒了。我们很高兴能帮助大家。"
四： "李伟，感谢你今天接受我们的采访"
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关于受访者
Wei Li拥有中国浙江大学工程学士学位、新加坡国立大学工程硕士学位和加拿大麦吉尔大学博士学位。他是蒙特利尔OPAL-RT Technologies公司的高级电力系统仿真 专家。他的兴趣领域是电力电子、可再生能源和分布式发电。他目前的研究主要集中在模块化多电平变流器 HVDC 系统和 FACTS 设备的实时仿真 和控制方面。