基于混合铁心的新型电流互感器研究

传统电流互感器铁心饱和会导致其二次电流波形发生畸变,进而可能影响电能计量的精度或引起继电保护设备错误动作,威胁电网的安全稳定运行。针对此类问题,提出了基于混合铁心的新型电流互感器(CCCT)。CCCT主要由混合铁心、二次绕组、二次电阻、磁场传感器与信号处理电路组成,其中混合铁心包含完整的内铁心与带气隙的外铁心,磁场传感器放置在外铁心的气隙中,其输出信号用于补偿发生畸变的二次电流。为验证该结构的有效性,进行了有限元仿真,制作了CCCT样机并进行了正弦交流电流、正弦半波电流、短路电流和直流电流的测量实验。有限元仿真与实验结果表明,CCCT在额定电流下的复合误差小于0.2%,稳态对称短路电流下的复合误差为2.04%,暂态短路电流下的峰值瞬时误差为4.25%,直流条件下输出与输入的拟合优度为0.999 9,既基本保留了传统电流互感器的测量精度,也具有良好的暂态响应特性与抗直流特性,可同时满足相关标准对测量、保护用电流互感器的精度要求,具备在实际工程中应用的潜力。

曲形磁阀式可控电抗器谐波最小化研究

磁阀式可控电抗器(magnetic-valve controllable reactor,MCR)作为一种重要的无功补偿装置,在电力系统中应用广泛。由于铁芯饱和的非线性特性会产生大量谐波,该文提出了一种曲形磁阀式可控电抗器及其谐波优化方法,以最小化谐波输出。同时推导了MCR的通用谐波数学模型,模型表明磁阀的最大最小截面积比和形状决定了谐波含量;详细阐述了谐波优化的原理,并用变分法推导了各次谐波优化中最大最小截面积比的约束条件;利用高斯勒让德积分得到了总谐波畸变率的简化评价函数,结合粒子群优化算法得到了不同面积比下最优磁阀曲线的数值解,最优曲形磁阀获得了MCR的最低谐波输出。以面积比2.7为例,在理论、仿真和试验上将曲线磁阀与多级磁阀进行对比,曲形磁阀总谐波约为2.92%满足行业标准,而多级磁阀约为3.12%不满足标准,验证了该文方法的优越性与正确性。

基于免疫算法的高温超导故障限流器Pareto多目标优化配置

针对高温超导故障限流器(high temperature superconductor-fault current limiter,HTS-FCL)的全网优化配置问题,提出了一种基于免疫算法的高温超导故障限流器Pareto多目标优化配置新方法。该方法综合考虑了限流器的成本和限流效果这2个优化目标。首先介绍了HTS-FCL的基本结构和原理,分析了安装高温超导故障限流器对原系统自阻抗的影响,提出了一种基于短路电流变化率的灵敏度计算方法,该方法可以缩小搜索空间,提高算法效率。然后分别建立了限流器成本评价子函数、限流效果评价子函数和多目标评价函数,制定了基于免疫算法的多目标Pareto优化算法流程,并在传统免疫算法的基础上提出了一种改进型的等成本倒位算子,通过仿真验证表明该算子较常规的免疫算法,能更好地收敛到最优解。最后以IEEE 39标准节点系统为例,实现了HTS-FCL的全网优化配置,验证了新方法的有效性,并求得了在综合考虑限流器成本和限流效果下的Pareto最优解集,设计者可以根据自己的意愿和实际情况在所求得的Pareto最优解集中选择合适的最优方案。

电磁混合式消弧线圈的全补偿故障消弧原理及其柔性控制策略

随着非线性负荷和电力电子设备等的大量使用,接地故障电流中的有功和谐波分量大幅增加,仅补偿了无功电流后的残流足以维持电弧,易导致过电压及事故进一步发展。本文提出了基于磁控电抗器(MCR)和有源补偿器(APC)的电磁混合式消弧线圈(EHPC),并详细论述了其两种运行状态和全补偿故障消弧原理。分析了扫频法测量对地电容的影响因素,并提出改进措施。理论推导了中性点位移电压、故障相电压和线路零序电流与接地故障电流各分量之间的关系,提出了针对接地故障电流无功、有功和谐波分量的解耦补偿和柔性控制策略。经仿真分析和实验平台验证,接地故障电流能够得到快速有效的全补偿,达到电流和电压双重消弧,表明了本文所述原理和控制策略的正确性和可行性。

单相可控电抗器的一种谐波抑制原理及实现

新型单相可控电抗器近年来在电气化铁路动态无功补偿[2 ] 、自动调谐消弧线圈[3 ] 等方面得到了应用。减小单相应用条件下可控饱和类电抗器所产生的谐波颇为困难 ,通常采用LC并联滤波装置 ,但效果不甚理想。该文提出单相应用条件下 ,可控电抗器的一种谐波抑制方法 ,该方法将两组工作于不同电磁参数的单相可控电抗器并联 ,通过实施协调控制 ,可使每个并联单元 (可控电抗器 )所产生的谐波相互补偿 ,从而单相并联电抗器组的谐波水平大大降低。理论分析和实验结果证明了上述方法的有效性和可行性。

基于V/V牵引供电系统的混合式电能质量补偿研究

为了解决高速铁路牵引供电系统负序不平衡问题,本文提出了一种电气化铁路混合式电能质量补偿系统,该系统包括铁路功率调节器(RPC)和基于磁控电抗器(MCR)的静止无功补偿器(MSVC)。针对传统补偿方式下RPC需要较大补偿容量的问题,本文提出了RPC和MSVC协同补偿的补偿方案。分析了混合补偿系统在基波域和谐波域的电气模型,得出了负序补偿策略和谐波抑制策略,同时在国家标准的裕度下对安装容量进行了优化,进一步减小了安装容量。根据补偿原理提出了V/V牵引变下的负序和谐波补偿电流检测方法以及RPC和MSVC的控制策略,并分析了补偿装置投入使用后整个系统的谐振特性。最后,通过仿真分析表明了本文所提出理论的正确性和有效性。

基于MCR和MSVC的220kV变电站多电压等级无功电压综合控制

目前变电站的电压无功综合自动控制装置主要是针对110k V及以下两个电压等级的变电站,且仅以低压侧电压和高压侧功率因数作为主控目标。对于220k V三电压等级变电站,本文提出一种基于磁控电抗器(MCR)和磁控静止无功补偿装置(MSVC)的变电站多电压等级无功电压综合控制方法,在综合考虑主变压器各侧的相互影响以及两侧无功补偿装置的配合作用的基础上,以变电站三侧母线电压和高压侧功率因数为控制目标。同时本文建立了包含两台主变压器的变电站Matlab/Simulink仿真模型且进行了仿真研究,主变中压侧配置MCR、低压侧配置MSVC,并将其与单独在低压侧接MSVC和单独在中压侧接MCR的仿真研究进行对比,结果表明中、低压侧配合协调控制的方法可在不同的运行方式下实现三侧电压合格以及总体无功平衡,有效地改善电能质量。

电磁混合式潮流控制器本体优化及控制

为了增强输电潮流可控性,提出了一种"Sen"变压器(ST)和统一潮流控制器(UPFC)公用激磁绕组的电磁混合式潮流控制器(EHPFC)。详细推导了ST和UPFC的最优容量配合关系,优化了EHPFC的控制策略。分析了EHPFC和UPFC对潮流调控的稳态特性和暂态特性。进一步采用PSD-BPA软件,研究了EHPFC对IEEE14节点复杂环网潮流的调控性能。搭建了双端系统传输潮流的硬件实验模型,对EHPFC调控潮流进行了模拟实验。仿真和实验结果表明,EHPFC可以在较低的成本下,实现和UPFC相同的潮流调控能力,同时弥补了ST无法进行连续潮流调节的不足,验证了EHPFC控制潮流的性能。

饱和铁心型桥式故障限流器的性能参数设计与实验

为解决系统短路电流过大、传统饱和铁心型故障限流器限流效果和经济性不理想等问题,提出一种饱和铁心桥式故障限流器(BSFCL)。相比传统饱和铁心型故障限流器,该限流器采用桥式结构,可有效减小限流器的体积和成本;通过外加限流电感,有效提高了限流器的限流效果。首先分析饱和铁心型桥式故障限流器的工作原理,然后建立限流器的磁路模型,并对限流器性能参数进行详细分析和设计。在此基础上,基于Ansoft建立饱和铁心型桥式故障限流器的场路耦合仿真模型,通过仿真说明其工作原理和良好的性能,并分析不同参数对限流器限流效果的影响。最后研制了一台220V/20A饱和铁心型桥式故障限流器实验样机,实验结果验证了所提结构和方法的有效性。

新型混合式统一潮流控制器及其调节特性分析

为了增大超高压、特高压输电线路传输容量,提高线路利用率,提出了一种基于改进型移相变压器(IPST)和小容量统一潮流控制器(UPFC)的新型混合式统一潮流控制器(IHUPFC)。在IPST结构、电压调节性能的基础上,推导了IPST与UPFC的容量配合关系。分析了IHUPFC在成本、性能方面比现有潮流调节装置的优势。并提出了考虑线路充电电容情况下的IHUPFC的控制策略。仿真结果表明,所提出的IHUPFC装置及其控制策略可精确调节线路潮流,潮流调节相对误差<0.1%。IHUPFC简化了传统混合式潮流控制器(HPFC)的结构,降低了其制作难度及成本,并增加了其容量调节范围,具有广阔的应用前景。

基于Sen Transformer的新型统一潮流控制器的仿真与实验

传统统一潮流控制器(UPFC)控制功能灵活而卓越,但在电力系统中推广使用不具备容量和价格优势;Sen Transformer虽然容量大、成本低,但灵活性和动作速度都不能满足精确调节的要求。混合式潮流控制器(HPFC)是由统一潮流控制器(UPFC)和"Sen Transformer"(S.T.)串联组成,具有容量大、成本低等优点。本文首先介绍了HPFC的基本原理,然后通过Matlab/Simulink仿真验证了HPFC调节电压与功率的功能,最后通过搭建硬件实验平台,实现了HPFC调节系统电压幅值和相位的功能。从理论、仿真与实验三个方面对HPFC的调节电压和控制潮流的功能进行了研究和验证。

考虑工频过电压的海上风电场无功配置方案研究

随着海上风电能源的不断开发,海上风电场的过电压问题对系统的安全运行极为重要,而无功补偿问题影响着系统的电能质量,因此在确定无功补偿方案的同时也应该考虑过电压的限制。基于海上风电场含有架空线路和海底电缆混合输电线路的风电场电磁暂态模型,提出了一种考虑工频过电压的无功配置方案,利用ATP/EMTP仿真软件分析了海上风电场工频过电压,并在此基础上对风机不同出力情况下的风电场无功容量需求进行计算,从而得到符合系统安全运行范围的海上风电场无功容量配置方案,并以某海上风电场为例,最后利用MATLAB/Simulink仿真验证了所提方案的可行性。

10 kV 电网新型自动调谐消弧线圈及控制装置

为更有效地补偿１０ｋＶ配网单相接地容性电流，研制出一种新型自动调谐消弧线圈及控制装置。该消弧线圈结构紧凑，控制灵活，响应速度快；采用自耦直流助磁方式；控制装置可保证单相接地故障情况下自动准确调谐。对１０／３ｋＶ，１５０ｋＶＡ样机现场试运行和实测结果表明，该自动调谐装置性能可靠，补偿效果令人满意。

紧凑型升压补偿一体化特高压工频耐压试验系统设计

针对特高压设备的工频耐压试验存在测试系统复杂和对现场电源容量要求大的特点,提出了一种基于新型磁控式谐振变压器的紧凑型升压补偿一体化特高压工频耐压试验系统。该试验系统采用并联谐振补偿方案,结构紧凑。经仿真分析可知,该试验系统电抗调节范围宽,输出电压稳定,且能很好地实现对容性试品的动态并联补偿。当发生并联谐振时,输入功率减小为试品容量的1/27,补偿效果良好。经样机试验,验证了该试验方案的可行性。

超高压可控电抗器限压特性及谐波分析

本文提出了超高压可控电抗器额定暂态功率倍数的新概念并对其限压特性和所产生的谐波进行了数值计算分析，给出可控电抗器额定暂态功率倍数的合理选择范围。

电磁式特高压统一潮流控制器

为解决特高压电网的运行调节中的困难,提出了一种电磁式特高压统一潮流控制器的结构和工作原理,其由360°移相变压器和并联可控电抗器组成。移相变压器由普通有载调压开关控制,可以实现离散的360°移相串联电压控制。与现有基于电力电子开关的统一潮流控制器相比,电磁式统一潮流控制器在保持有功与无功潮流独立灵活控制优点的同时,损耗低,无电磁兼容问题,并且兼有过电压和潜供电流限制的功能。360°移相变压器结构简单,每相仅需2个二次移相绕组,造价低、可靠性高、易于实现。

互感耦合式紧凑型多调谐滤波器的设计

针对传统多调谐无源滤波器体积庞大、占地面积大的问题,提出一种考虑各线圈之间耦合作用的紧凑型多调谐滤波器的设计方法。从阻抗函数出发,得到了传统多调谐无源滤波器的电路实现形式,建立了与该电路相等效的各电感之间具有耦合关系的电路。通过耦合电感的解耦以及与传统滤波器电路的等效关系,列写出关于线圈几何参数的非线性方程组,求解得到一台线圈同轴放置的紧凑型三调谐滤波器的设计结果。对设计的紧凑型滤波器进行了仿真研究并制作了实验样机,仿真和实验结果表明这种结构的多调谐滤波器减小了线圈组的占地面积同时也具有良好的滤波性能。

特高压可控电抗器及其大幅度限压问题

介绍了新型特高压可控电抗器的结构和工作原理，讨论了它的大幅度限压特性和所产生的谐波．

配电网电磁式柔性互联装置的快速投切方法

传统的配电网电磁式柔性互联装置采用机械式有载调压开关,存在着调节速度有限、不能频繁投切、存在机械磨损且容易产生电弧等缺点。针对这一问题,对电磁式柔性互联装置的切换开关结构进行了改进,提出了对应的快速投切方法。提出的电子切换开关结构由反并联晶闸管开关抽头和串联的多耦合电感两部分构成,可以跨多级调节,不仅能有效抑制抽头切换时的短路电流水平,实现可靠投切,还可以减少调节支路,缩减调节次数,缩短投切时间。最后,搭建了Matlab/Simulink仿真模型,验证了快速投切方法的可行性。

基于ANSYS?免疫算法的超导可控电抗器档位容量优化设计

针对超导可控电抗器(superconducting controllable reactor,SCR)档位容量设计困难的问题,提出一种基于ANSYS-免疫算法的超导可控电抗器档位容量优化的新方法,该方法通过ANSYS参数化设计编程语言,将免疫算法嵌入到有限元软件ANSYS中,使得数学优化与电磁计算同步进行。首先,在充分考虑了SCR的特殊结构及其复杂磁路的条件下,采用ANSYS有限元场路耦合方法保证电磁场计算的精度,同时利用免疫算法良好的收敛速度及寻优能力,提高了优化计算的效率;其次,通过2个算例对文中所提出的设计方法和传统设计方法比较了计算效率和精度;最后,研制了一个380 V/30 kvar超导可控电抗器样机,并进行了详细的实验研究,仿真和实验结果验证了所提方法的有效性和可行性。