MMC 试验台：用于现代化欧洲电力系统的实验室规模（多端）高压直流输电系统

公司

德国亚琛工业大学（RWTH Aachen University）的高压设备与电网、数字化及电力经济学研究所是电力工程领域的领先研究机构。 亚琛工业大学参与了PROMOTioN（“网状高压直流海上输电网络进展”）计划——这是一项由来自11个国家的33家合作伙伴组成的欧盟重大项目，旨在开发经济高效、可靠的网状高压直流海上输电网络，以输送来自北海和波罗的海的吉瓦级风电。

挑战

• 海上风电并网：通过多端高压直流输电将多吉瓦级海上风电场并入电网，给大陆交流输电网带来了复杂的控制与保护挑战。
• 高压测试的瓶颈：由于存在极高的安全风险、高昂的成本以及无法接入电网基础设施，对高压直流（HVDC）换流器 进行全规模的物理测试在实际上几乎是不可能的。
• 复杂变流器控制：模块化多电平换流器 （MMCs）采用新型拓扑结构，在全面部署前需要进行复杂的低级和高级控制验证。
• 系统交互不确定性：电网运营商和规划人员缺乏关于MMC-HVDC联络线、海上风电场及周边交流电网之间动态交互的运行经验

OPAL-RT 解决方案

OPAL-RT 交付并集成了一个全面的低压多端直流MMC测试台系统：

• HYPERSIM 实时交流电与风电场仿真 ：一款基于OP5707的HIL仿真器，用于 HYPERSIM 可模拟周围交流电网和海上风电场的动态行为。
• 模块化MMC测试台 ：安装了 八套实验室规模的MMC测试台 。每个试验台由一台OP4510（Kintex-7 FPGA + 英特尔至强CPU）组成，用于控制高低压转换器，以及六台OP1210子模块箱（最多11级，400V，6 kW）。
• 功率硬件在环（PHIL）：集成了四象限21kVA线性功率放大器（Puissance Plus），用于将物理实验室中的MMC换流器 与模拟的交流环境进行实时耦合。
• 直流母线仿真：利用 OP8600 PI 模块（32 级）对长达 800 公里的双极（或 1,600 公里的单极）直流输电线路进行仿真。

成果

• 快速调试：2019年7月，在蒙特利尔完成工厂验收测试（FAT）仅8个月后，便成功调试了该复杂的多端高压直流（HVDC）示范项目。
• 交流电网支撑验证：成功分析了用于向交流电网提供辅助服务和频率支撑的先进MMC控制策略。
• 谐波与故障研究：深入测试了海上风电场的谐波共振、二极管整流器的黑启动能力以及直流故障处理策略。
• 降低风险的技术转移：通过缩小规模的PHIL测试，验证了低功率解决方案，这些方案可直接外推并应用于商业化的高压海上直流输电网。

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