不列颠哥伦比亚大学工程系学生在可再生能源并网与输电方面实现了技术整合的改进

公司

不列颠哥伦比亚大学（UBC）奥肯纳根校区工程学院设有“可再生能源并网柔性输电实验室”。该实验室由助理教授王立伟博士领导，主要致力于电力系统分析、换流器设计及高压直流输电（HVDC）应用研究。其使命是弥合传统输电系统与以可变分布式能源（DERs）为主的、不断演进的电网之间的鸿沟。

挑战

• 并网复杂性：可再生能源（风能、太阳能）具有不可预测性，因此需要先进的电网控制设备和快速开关的电子换流器 来确保系统稳定性。
• 仿真 速度与精度：对复杂的模块化多级换流器 （MMC）进行测试需要进行全面的验证，但传统的详细模型往往会导致仿真 速度变慢，从而阻碍设计优化。
• 硬件占用空间与效率：传统的MMC通常 需要大量组件和大量的能量存储，因此需要更紧凑、更高效的拓扑结构。
• 故障恢复能力：新的电网架构必须具备足够的灵活性和可靠性，既能应对系统故障，又能保持电力供应的连续性。

OPAL-RT 解决方案

不列颠哥伦比亚大学（UBC）与OPAL-RT合作，构建了一个高性能的硬件在环（HIL）测试环境：

• OP4510 实时仿真器：配备 英特尔至强处理器和赛灵思 Kintex 7 FPGA，为亚微秒时间步长的电力电子仿真提供强劲的计算能力。
• OP1210 MMC 测试台：一种 由 10 个子模块（11 级）组成的灵活硬件配置，额定功率为 6 kW，可用于研究单极和双极网络配置。
• 平均值模型（AVM）：开发 基于AVM的建模框架，以大幅提高基于MMC的高压直流（HVDC）系统的仿真 速度。
• 快速控制原型设计：该平台 使团队能够设计并测试一种新型混合式三级变换器（H3LC），该变换器采用交流侧级联全桥子模块，从而减少了所需的电力电子基本模块数量。

成果

不列颠哥伦比亚大学（UBC）与OPAL-RT之间的合作产生了重大的学术和产业影响：

• 获奖研究：该实验室在换流器领域的研究在2019年举行的第10届IEEE IEMCON会议上荣获最佳论文奖。
• 提高了转换器效率：开发了一种新型混合式MMC，与最先进的型号相比，其占用空间更小、储能要求更低，且具有更强的故障恢复能力。
• 加速验证：通用建模框架能够实现更快、更准确的系统级仿真，从而在物理实现之前验证设计。
• 可投入工业应用的软件：实验室的研究成果正被整合到全球电网设计人员所使用的商用实时仿真 软件中。
• 教育影响：该项目体现了OPAL-RT长期以来对支持学生和研究人员的承诺，致力于培养下一代电力系统工程师。

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