550kV气体绝缘母线大电流工况下温升特性分析

探究气体绝缘母线在超高压大电流工况下的温升特性对设备的正常运行以及监测维护意义重大。然而,在长期大电流负荷运行下,因接触异常等原因导致母线在较小封闭空间内产生大量热量,极易造成局部过热严重威胁设备安全运行。针对这一问题,本文以550kV气体绝缘母线为研究对象,构建了考虑接触电阻的3维电磁-温度-流体多场耦合模型,计算其在1.1倍额定电流(8800A)、气压0.3MPa条件下的母线温度分布,并搭建了大电流温升试验平台进行验证,试验测量结果与仿真结果吻合度高。基于验证后的可靠模型,进一步探究了通流水平、SF_(6)气压及接触状态对母线温度分布的影响规律。结果表明:母线最高温度位于盆子凹面处电接触部位顶部(约为54℃),该端触头上方SF_(6)温度比导杆上方高近15℃,凹面处触头径向温度梯度明显低于凸面处触头径向温度梯度;在非等温自然对流的情况下,母线温度整体呈径向上高下低、轴向端部高中间低的规律分布;母线温度随通流水平提高呈非线性上升、随SF_(6)气压增大呈近似线性下降,可在一定范围内提高设备绝缘气体压强以降低设备运行温度;异常电接触处温度随阻值增大近似线性增加,而电接触异常往往是母线过热的主要风险点。研究结果可为超高压大电流气体绝缘设备产品设计及状态监测提供参考。

介质阻挡放电在水处理中的影响因素分析

为了研究水处理中对于介质阻挡放电(DBD)的放电功率和处理效果的很多影响因素,搭建了可实现双介质阻挡放电的实验平台。实验结果表明:相同实验参数下,放电时间越长则放电功率越大,尤其是放电前60 s内放电功率上升最明显,当120 s左右放电稳定时,放电功率可达到初始放电功率的2倍左右;当空气间隙固定时,液面高度与放电功率呈非线性关系,电源电压较小时,液面高度越小则放电功率越大,随着电源电压的升高,液面高度的影响减小;另一影响放电功率的重要因素是初始电导率,相同输出电压下,高电导率液体可以得到更大的放电功率;但是,放电功率相同时,初始电导率越低则越有利于化学反应的进行,其处理效果也越好。通过研究水处理中介质阻挡放电在各参数尤其是液体参数变化时的放电功率变化和处理效果差异,可对将介质阻挡放电应用到污水处理中的相关理论有所完善,亦可供设计、优化介质阻挡放电水处理装置有所参考。

混合储能系统在独立光伏发电系统功率平衡中的应用

提出了将能量密度大、环境友好的磷酸铁锂电池和功率密度高、循环使用寿命长的超级电容组合,构成混合储能系统应用于独立光伏发电系统。以优化系统可靠性及运行状态为目标,设计了控制结构和控制方式。对系统进行仿真分析,结果表明,在光伏电池输出功率存在波动且负载发生脉动的情况下,储能系统能迅速平衡系统瞬时功率,维持系统可靠运行。

改进型Z源逆变器

针对传统Z源逆变器的直流升压因子较小、启动冲击严重、直流侧的电压利用率较低等缺点,提出了一种改进型的Z源逆变器拓扑。在传统拓扑中加入一个电感和一个全控开关,提高了直流升压因子,利用该电感上的电流不能突变的特性,使得启动时阻抗网络上的电容的冲击电流大幅减小,从而不需要采用软启动策略;同时该拓扑还保证了输入电流连续,减小了对直流源使用寿命的影响,提高了直流侧电压利用率。在理论研究的基础上,基于简单升压控制下的仿真结果验证了该拓扑的正确性与优越性。

应用超级电容提高风电系统低电压穿越能力

针对使用背靠背全功率变流器的永磁直驱风电系统,提出应用由超级电容和双向DC/DC变换器组成的储能系统提高风电机组的低电压穿越能力。研究永磁直驱风电系统的结构和控制策略,以及基于超级电容的储能系统平衡系统功率的特点,建立永磁直驱风电系统和基于超级电容的储能系统的模型,并给出控制策略和主要仿真参数。仿真结果显示,储能系统在电网电压发生跌落时,迅速平衡了直流母线两侧的功率变化,使直流母线电压保持稳定,并将风电机组与电网故障相隔离,保证风电机组继续向电网传输能量,从而提高风电系统的低电压穿越能力。

单介质与双介质结构介质阻挡放电水处理性能的比较

为研究不同结构介质阻挡放电(DBD)在水处理中的特性,首先搭建了可实现单介质阻挡放电和双介质阻挡放电的实验平台。实验结果表明,相同实验条件下若要得到相似的放电功率,则双介质阻挡放电所需的电压远高于单介质阻挡放电;2种结构下所得的放电电压电流波形以及Lissajous图的形状均有一定的相似性,但等效电容等参数的不同使它们也存在一定的差别。然后在2种结构下以相近的放电功率,对质量浓度为100mg/L的碱性品红溶液进行了处理。通过对各自脱色率的对比分析发现,介质层数对脱色效果影响不大;通过对2种情况下的pH值和化学需氧量(COD)的对比分析说明,2种结构下发生的化学反应也是相似的,并且最终都达到了去除有机污染物的目的。通过对不同结构介质阻挡放电在水处理中的特性的实验研究和优劣分析,完善了介质阻挡放电处理污水的相关理论,可以为设计、优化介质阻挡放电水处理装置提供参考。

基于开关电容网络的DC-DC变换器

在现有的DC-DC变换器中,Buck、Boost及双向变换器的升降压能力有限,在一定程度上限制了其适用范围。本文提出一种升压型开关电容网络和一种降压型开关电容网络,并在此基础上推演出一系列DC-DC变换器:单级升压变换器、单级降压变换器、双向升降压变换器、多输入升压变换器和多级降压变换器。给出了这五类变换器拓扑的推演过程,详细分析了其工作原理,并通过仿真研究证明了理论分析的正确性。

基于Switch-Capacitor网络的单开关升压变换器

在新能源并网发电系统中,传统Boost变换器存在升压能力有限、纹波大和效率低等问题,为此,提出了一种基于Switch-Capacitor网络的单开关升压变换器,并推演出了相应的多级单开关升压变换器。详细分析了该变换器在CCM和DCM模式下的工作原理和工作性能,并搭建了实验模型,实验结果表明:①在不增加开关器件电压应力的情况下,随着串联的Switch-Capacitor网络个数的增加,这类变换器的升压能力逐渐增强;②输入电流纹波和输出电压纹波小;③变换器中只有一个开关管,控制电路简单;④可以根据串联网络个数的奇偶性改变输出电压的极性,扩大了该变换器的适用范围。

基于正交优化时频原子分解算法的电能质量扰动匹配特征分析

针对电能质量扰动信号时频局部化信息量较广难以简洁、灵活提取有效细微特征以及匹配追踪收敛速度较差的问题,提出一种应用于电能质量扰动分解重构及扰动特征参量提取的匹配时频原子框架及其改进方法。在Gabor时频原子库离散优化基础上,通过匹配追踪算法对扰动信号进行自适应分解,同时对搜寻的最佳时频原子进行正交变换,减小冗余分量,设定迭代次数或残差阈值作为终止条件,从而获得一系列匹配扰动信号波形特征的正交时频原子及其参量化形式。仿真结果表明,该框架能有效分解提取电能质量扰动信号时频特征参量,相对基于匹配追踪的稀疏分解,改进算法单一扰动匹配特征重构信噪比高达55dB,多重扰动达35dB,均方误差数量级为0.001,匹配扰动特征精度及收敛性能进一步提高,满足电能质量分析要求。

改进型Z源并网逆变器

针对传统Z源并网逆变器升压能力有限、启动冲击较为严重、输入电流断续造成直流电压利用率低等方面的不足,对传统的阻抗网络进行改进,提出一种改进型Z源并网逆变器拓扑。该拓扑在传统的阻抗网络的基础上增加一个有源开关及电感,与传统阻抗网络中的输入二极管在前级构成一个等效Boost电路,提高了传统Z源逆变器的升压能力,电感的加入也限制了启动冲击电流,并保证了输入电流的连续。在理论分析的基础上,对基于改进型Z源逆变器的单相并网系统进行了仿真及实验研究,结果均表明该拓扑能够以实现单位功率因素并网,且启动过程平缓,输出电能质量好,系统效率高,验证了该拓扑的可行性及性能的优越性。

微电网孤岛状态下新型混合储能控制策略研究

分析了微电网孤岛运行状态与并网运行状态储能系统控制策略的差异,针对孤岛运行状态,提出一种新型蓄电池-超级电容混合储能系统控制策略,针对传统控制策略在超级电容容量达到阈值而无法正常工作时,不能保证母线电压稳定,以及逻辑判断与数字滤波环节过多,响应速度慢、较难实现等问题,采用双电压闭环控制策略,配合利用双向DC/DC变换器自带的LC滤波器,省去数字滤波环节,在超级电容剩余电量达到限定值时,无需改变控制模式,仍能维持母线电压的稳定,提高了微电网可靠性。分别通过频域分析、仿真分析和实验研究,验证了所提控制策略的正确性与可行性。

大气压放电氦气等离子体射流特性

为研究大气压下不同氦气等离子体射流结构的电特性及其射流影响因素,对外表面双电极、针-环电极、单电极结构下的大气压放电氦气等离子体射流特性进行了实验分析。分别观测、对比了不同实验条件,如电极位置、电极尺寸、外加电压和气体体积流量等,对等离子体射流的影响。结果表明:外表面双电极和针-环电极结构均可实现稳定的多脉冲放电;处于层流状态时,3种结构下等离子体射流长度均随着电压的升高而变长;当针-环电极结构的接地电极远离喷口,或是单电极结构的高压电极远离喷口时,射流长度均会缩短;外表面双电极和单电极结构中,高压电极宽度的增大会使射流长度变长,但针-环结构中电极宽度增大反而会导致射流长度缩短;针-环电极结构的伏安曲线、功率特性曲线均比外表面双电极结构的对应曲线"陡",且针-环电极结构的放电功率相对较高。

独立光伏系统恒压工作模式下最优工作区的选择

独立光伏系统中,当光伏电池输出的电能超出蓄电池和负载所需时,系统会过渡到一种非常重要的工作模式,即恒压工作模式。恒压模式下,对应同一负载,光伏电池存在2个工作点,分别位于最大功率点的左侧和右侧,即光伏电池i-u特性曲线的电流源区和电压源区。对这2个不同工作区域内光伏系统的稳定性进行了分析,提出了相应的控制方式。首先对光伏电池进行线性化处理,推导出光伏电池的线性化等效模型,并建立了整个系统的数学建模,在频率域内对不同工作点处系统的稳定性进行了分析。结果表明,恒压工作模式下,独立光伏系统工作于光伏电池的电压源区时,具有更好的稳定性。搭建的仿真模型在时域内验证了上述分析结果的正确性。

矢量模式单周控制的三相双降压式并网逆变器

提出一种新颖的三相双降压式并网逆变器,该逆变电路克服了传统逆变器的直通问题。采用空间矢量算法与单周控制相结合的方法,将三相母线交流电压划分为6个区间,在每个区间建立单周控制模型。采用这种控制器的三相双降压式并网逆变器具有效率高、开关频率固定和可靠性高等优点。在分析、建模的基础上进行了仿真研究,仿真结果表明,该逆变器具有良好的动、稳态性能,能以单位功率因数向电网输电。

基于最小有功注入策略的新型级联H桥逆变器动态电压恢复器

基于最小有功注入策略,提出一种新型的动态电压恢复器(dynamic voltage restorer,DVR)结构,其主要结构由基本的级联H桥逆变器和并联的晶闸管开关电感组成。文章分析了新型DVR的电路拓扑和基本原理,推导了最小有功注入策略,分析了DVR的补偿能力和负载功率因数的关系,并设计了合适的控制系统。仿真结果表明,新型DVR可以处理更严重和更长时间的电压跌落,大大减少了DVR的有功注入。

用于可再生能源发电的双频并网逆变器仿真研究

提出一种用于可再生能源发电的双频并网逆变器,该逆变器由2个标准三相桥级联而成,其中一个桥工作在高频,提高输出电流性能,另一个桥工作在低频,主要输出功率,从而降低开关损耗,提高系统效率。高频桥采用恒频电流跟踪控制,控制电路简单。仿真结果表明,该逆变器输出电流与电网电压同相,总的谐波畸变率低,向电网输出的电能质量高。

三相四线制系统瞬时功率理论的比较研究

为深入分析应用于三相四线制系统的3种瞬时功率理论,由3种瞬时功率的定义出发,利用自由度观点和能量守恒原理,分析了各种瞬时功率理论的各自特点,并利用仿真软件MATLABLE建立了三相四线制带不对称负荷的仿真模型,对比了3种瞬时功率理论的分析结论。结果表明:传统瞬时功率理论在全局补偿中有优势;改进瞬时功率理论较适用于对各种谐波分量进行精细补偿的场合;p-q-r坐标系的瞬时功率理论具有能量守恒和无功功率相互独立的特点,适用于独立无功补偿场合。

基于空间矢量滞环控制的新型容错三相四开关并网逆变器

三相双降压式并网逆变器是一种性能优良的新型拓扑,在可再生能源发电中具有重要应用价值。为了使三相双降压式并网逆变器在发生故障后能容错运行,提出了新型容错三相四开关并网逆变器并用来做三相双降压式并网逆变器故障重构后的运行拓扑,从而提高系统的可靠性。为了使故障后重构的新型容错三相四开关并网逆变器依然能向电网输送高质量的电能,并获得很好的动态性能和稳态性能,在等效分析的基础上研究了新型容错三相四开关并网逆变器空间矢量滞环控制。仿真结果表明,采用空间矢量滞环控制后的新型三相四开关并网逆变器对输入扰动和电网扰动都具有很好的抑制能力,表现出很好的动态和稳态性能,且输出并网电流波形谐波含量低,波形质量好,能保证故障后的可靠供电。

单相电压骤降特征量的求导检测算法

动态电压恢复器(dynamic voltage restorer,DVR)是改善电压质量的一种有效工具。在电网电压骤降的情况下,能否快速而准确地检测出电网电压骤降的特征量将直接影响到DVR的补偿效果。文章在研究现有的电压骤降特征量检测方法的基础上,提出一种适用于单相电压骤降的αβ求导检测算法,利用求导来代替αβ变换方法中的相位延迟算法,并且考虑了发生电压骤降过程中可能伴随的谐波的影响。仿真分析结果表明,该算法检测精度较高,实时性好,满足DVR检测的需要。

基于Switch-Capacitor网络实现分时供电的多输入升压变换器

在新能源联合发电系统中,多输入直流变换器可分时或同时向负载提供能量,具有简化系统结构、降低系统成本等优点。然而,现有的多输入直流变换器不能很好地满足新能源发电领域对高升压比、低纹波、低开关应力等技术参数的要求。因此,本文基于Switch-Capacitor网络串联放电、并联充电和多个网络累加升压的工作特性,推导出一种新型多输入升压变换器。本文以三输入升压变换器为例,详细分析了其在连续工作模式下的工作原理和工作性能,进行了仿真分析,并搭建了实验模型,仿真分析与实验研究的结果表明:①升压能力强,其升压比与Switch-Capacitor网络组中的网络个数有关;②开关器件的电压应力、输入电流纹波和输出电压纹波小;③所有开关管由同一控制信号隔离驱动,控制电路简单;④实现分时供电,元器件利用率高;⑤推演出对应的同时供电多输入升压变换器。