M3C低频输电系统 M3C低频输电系统
M3C低频输电系统

M3C通过降低输电频率(例如采用50/3Hz或16Hz等分频方案),能够有效减小线路的感性电抗,从而显著提升输电容量和传输距离。该技术为大规模中远海风电送出、异步电网互联等挑战提供了高效的解决方案。

目前,我国已在浙江台州和杭州建成柔性低频输电示范工程,积累了宝贵的实际运行经验,为相关技术的推广应用奠定了实践基础。未来,系统还需在电网电压不对称等故障工况下的“故障穿越”能力、快速保护策略等方面持续优化,以进一步提升其运行可靠性和系统健壮性。

系统框图

考虑M3C系统通常应用于中远海风电送出、异步电网互联等应用场合,可将海上风电场或区域电网运行在仿真器的多核CPU中进行模拟(单台设备50us仿真步长可模拟上百台风机或上千节点电网系统),M3C拓扑系统以1us仿真步长运行在FPGA上,通过光纤和物理IO与外部控制器相连接,其中光纤主要用于发送9个桥臂的子模块电压和接收9个桥臂的子模块PWM信号,物理IO主要用于两端电网电压、电流以及继电器信号交互,从而与外部M3C控制器形成闭环测试系统,实现单台仿真器M3C低频输电系统实时仿真测试。

系统框图
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技术特点
FPGA上us级仿真步长
FPGA上us级仿真步长

在FPGA上1us小步长仿真实现M3C模型,相比CPU实现具有更高的精度、更小的门控信号时间分辨率、更低的模型与外部控制器的通讯延迟。

支持CPU多核并行仿真
支持CPU多核并行仿真

单台设备支持15个CPU核并行仿真,能满足上百台风机组成的风电场模拟或上千节点的区域电网仿真模拟。

支持超多的M3C系统级数
支持超多的M3C系统级数

支持九桥臂M3C级数最高级数为128级,采用光纤进行超多子模块数据信息交互。

配套专业的M3C控制器
配套专业的M3C控制器

M3C控制器支持最近电平与载波移相调制,支持通过光纤信息交互,可协助学者或工程师前期对M3C系统的预研工作和控制策略前期论证。

测试内容
  • 01工频/低频侧功率变化
  • 02工频/低频侧电压、电流
  • 03三相子模块电压
  • 04桥臂电流
工频/低频侧功率变化
工频/低频侧功率变化

图为低频侧向工频侧传输功率由100MW跃至200MW波形结果,可看出工频侧与低频侧功率变化响应较快,符合控制预期。

工频/低频侧电压、电流
工频/低频侧电压、电流

工频侧与低频侧三相电压与三相电流皆为良好正弦波,且低频侧电压电流是工频的1/3,符合理论分析值。

三相子模块电压
三相子模块电压

三相桥臂子模块电容电压均被控制在1750V左右,纹波被抑制在±5%以内,每相子模块电容电压包含一个直流偏置和一系列特征性交流纹波,谐波频谱远比常规 MMC更复杂,其结果与M3C电容电压纹波含量理论分析结果一致。

桥臂电流
桥臂电流

低频侧A相3个桥臂的电流由 50Hz 的工频电压频率分量和 50/3Hz 的低频电压频率分量构成,说明 M3C 双频耦合引起的多种不同频率的功率波动均体现在桥臂之中,并不会耦合至低频侧和工频侧,因此 A相电流呈现50/3Hz 的正弦波形。

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