松耦合感应能量传输系统中补偿网络的分析

松耦合感应能量传输(Loosely Coupled Inductive Power Transfer,简称LCIPT)技术结合了电磁耦合技术与电力电子技术,实现了电能的无接触传输。由于松耦合感应能量传输系统中初级与次级间存在较大的气隙,且漏感较大,自感和耦合系数低,系统的能量传输能力也低,因此需要采用补偿技术,以实现能量的高效传输。这里利用负载模型,分析并研究了系统的不同补偿拓扑对系统性能的影响。实验证实了理论分析的正确性。

用于驱动无刷直流电机的矩阵变换器闭环调制

给出一种矩阵变换器驱动无刷直流电机实现交交变频调速的控制策略。兼顾系统输入输出性能,将空间矢量调制和传统电压源型逆变器驱动无刷直流电机调制策略相结合,构成矩阵变换器控制无刷直流电机的新型调制方法。基于此调制方法,提出矩阵变换器驱动无刷直流电机交交变频调速的闭环控制策略。以调制比为中间变量,通过对调制比的修正及时调整变换器的输出电压,实现转速的准确跟踪。实验验证了所提控制策略的有效性。

矩阵变换器驱动无刷直流电动机间接调制策略

将矩阵变换器用于驱动无刷直流电动机,实现对无刷直流电动机的交-交直接控制。基于矩阵变换器交-直-交等效模型,提出一种新的用于驱动无刷直流电动机的矩阵变换器间接调制策略。兼顾输入输出性能,分别对整流级和逆变级应用不同的PWM调制策略。整流级应用不含零矢量调制,逆变级采用120°PWM斩控调制方式。文中对所采用的调制策略进行了理论分析与数学推导,详细讨论了两级调制策略合成过程,并将其演化得到常规九开关矩阵变换器驱动无刷直流电动机实现交-交变频调速的控制策略。原理样机实验结果表明,本文所提控制策略正确、有效。

用于驱动无刷直流电机的矩阵变换器控制策略

利用矩阵变换器驱动无刷直流电机,可以实现无刷直流电机的交-交直接控制。针对无刷直流电机反电势为梯形波、相电流为方波的特点,提出一种用于驱动无刷直流电机的矩阵变换器的控制策略。将矩阵变换器等效为整流器和逆变器的虚拟连接,分别对这两个虚拟环节采用输入电流空间矢量调制和三相六拍120°持续导通模式,然后将两个环节的调制策略相结合,从而实现无刷直流电机交-交变频调速。该控制策略能够实现输出方波电流的同时实现输入电流的正弦化。对给出的控制策略进行了详细的理论分析与推导。实验验证了控制策略的正确性与可行性。

一种级联型电压源换流器交流侧单相接地故障特性分析

针对一种三相两电平电压源换流器(Voltage Source Converter,VSC)单元级联型柔性直流换流器交流侧单相接地故障,分析了直流侧中性点直接接地方式下换流器各级联VSC单元的故障特性,详细阐述了故障电流通路,推导了故障电流的解析方程,分析了故障点位置换流器故障特性的影响,指出了故障条件下各级联VSC单元电气量特征的差异性,为换流器接地方式及保护策略的工程设计提供依据。最后通过建立的三相两电平VSC单元级联型换流器RTDS仿真系统,验证了本文分析的正确性和有效性。

含直流断路器的双极接线柔性直流输电系统MMC交流侧单相接地故障研究

双极接线柔性直流输电系统采用中性母线接地,换流器交流侧对地电压含有直流偏置,换流器交流侧发生单相接地故障特性不同于对称单极接线系统。柔性直流输电系统配置直流断路器时,换流器交流侧接地故障后可利用直流断路器的直流电流分断能力快速隔离故障。针对含直流断路器的双极接线柔性直流输电系统,分析了模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)交流侧单相接地故障机理,阐述了MMC保护闭锁前后故障相和非故障相上、下桥臂的故障电流通路,推导了故障状态下桥臂的电压、电流解析方程。分析了保护动作、直流断路器对MMC子模块过电压的影响,为换流阀子模块过电压保护设计、定值整定提供指导。最后,通过搭建的±500 kV柔性直流输电系统PSCAD/EMTDC仿真模型,仿真验证了理论分析的正确性。

基于模块化多电平换流器的新型全桥损耗优化调制策略

提出了一种新型全桥损耗优化调制策略,可以平衡子模块中各个半导体开关器件的热应力,提高器件安全裕度,从而提升模块化多电平换流器(MMC)的功率传输能力。首先,对构成MMC的子模块结构进行了分析,从抑制直流侧故障角度出发,选择了全桥子模块作为分析的对象。其次,针对MMC型高压直流输电(MMC-HVDC)系统的各种工况进行了损耗和结温分析,找出了限制MMC功率传输的主要因素。最后,在综合分析的基础上,针对MMC-HVDC系统提出了全桥损耗优化调制策略,该方法可以提升直流传输功率。仿真分析验证了所提出的全桥损耗优化调制策略的有效性。

一种实现柔直系统快速恢复的自取能故障阻尼器

针对半桥模块化多电平换流器(MMC)的直流双极短路和单桥臂短路2种典型故障工况,分析了其故障通路和电流波形,并提出相应的桥臂阻尼方案,推导了阻尼电阻的设计依据。提出一种新型自取能模块化故障阻尼器拓扑,分析了其工作模式以及对MMC的影响。该阻尼器串联在MMC的桥臂中,解决了高电位取能问题,实现了阻尼器的自取能,在直流双极短路故障时起到限流和衰减作用,加快故障端的切除,实现柔直系统的快速恢复;在单桥臂短路故障时可以衰减阀侧交流电流的直流分量,有助于阀侧交流开关的跳开。结合工程上使用的MMC结构,提出了即插即用的模块化故障阻尼器实施方案。在舟山五端柔直仿真系统中验证了所提自取能模块化故障阻尼器拓扑的有效性。

换流阀子模块IGBT短路测试系统分析与设计

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)是换流阀子模块的核心器件,研究其抗短路能力对于提高换流阀可靠性具有重要意义。根据模块化多电平换流阀的运行机理,设计了一种换流阀子模块IGBT短路试验回路与系统,进行了换流阀在稳态运行下IGBT短路故障试验,从而实现对IGBT的稳态应力和短路故障下的暂态应力综合考核。最后通过试验平台进行验证,结果表明所提试验回路和系统的正确性。

松耦合全桥谐振变换器的原理分析与实现

研究了基于松耦合感应电能传输(Loosely Coupled Inductive Power Transfer,简称LCIPT)技术的全桥谐振变换器;理论分析了次级不加补偿电路,而初级加补偿电路的工作原理;对比了串联补偿和并联补偿方式的特点;得出性能良好的串并联补偿电路;给出了该电路的详细理论分析,并与传统串联补偿电路进行了性能对比。基于实验样机对两种补偿方式的性能进行了对比实验验证,进而证明了分析及结论的正确性。

模块化多电平换流阀可靠性研究与设计优化

模块化多电平换流阀(modular multi-level converter,MMC)作为统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)系统中的关键设备,其运行的可靠性直接影响到整个系统的安全稳定运行。采用k/n(G)可靠性模型描述方法,清晰地描述了换流阀可靠性与各种冗余度之间的关系,定量计算了500 kV苏南UPFC换流阀的可靠性指标,并对换流阀可靠性进行了优化设计,满足500 kV苏南UPFC工程要求,并为UPFC换流阀冗余度设计和优化提供了参考依据。

MMC阀子模块IGBT损耗与结温计算

模块化多电平整流器(modular multilevel converter,MMC)子模块具有承受高电压、大电流等特点,绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)又是子模块的关键器件,而IGBT的损耗和结温计算方法决定IGBT的热设计和选型,是影响其在MMC工程应用的关键因素。文中首先对MMC稳态运行时子模块承受的应力进行了分析,其次,结合通态电流、子模块的投切和结温估算模型,设计了一种IGBT损耗和结温的计算方法,最后在搭建的试验系统中进行验证,结果证明了所给出的计算方法有效可行。

模块化多电平换流器直流双极短路故障耐受能力研究

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在直流侧发生双极短路的故障情况,建立了MMC闭锁后的故障电流回路,给出了二极管以及保护晶闸管的电流分配和结温理论计算方法,考核直流双极短路故障耐受能力。在MATLAB/Sinulink下进行了换流阀闭锁后故障电流回路的建模与仿真,并在MMC背靠背试验系统中进行了试验研究。仿真和试验结果表明,所提分析和计算方法准确可行,该方法对校核模块化多电平换流器在实际工程中的直流双极短路故障耐受能力以及器件选型具有重要的理论指导意义。

基于选择性定频积分逼近调制策略的MMC子模块不对称运行控制方法

针对模块化多电平变换器子模块不对称运行问题,提出了一种基于选择性定频积分逼近的PWM调制策略。变换器由于元件损坏或参数差异会出现子模块电容电压失衡的不对称运行状态,周期性地监测子模块电容电压和桥臂电流方向,改变PWM驱动信号与实际开关管驱动的映射关系,使系统由不平衡运行状态回到平衡运行状态。此外,该调制策略有效减少了开关管驱动的窄脉冲、降低了开关损耗。仿真和实验验证了所提方法的有效性。

电压型松耦合全桥谐振变换器原理分析与实现

以初次级同为串联谐振的松耦合感应传输方式的全桥变换器为研究对象,对其补偿参数的选取进行了详细推导,给出了谐振时电路的模态分析。最后,基于一台1kW样机实验,验证了其理论分析的正确性。由实验数据可以看出,变换器获得了恒压源特性。

MMC拓扑无变压器并网存在的问题和解决措施

适用于城市电网的柔性直流换流器拓扑需要考虑可靠性、经济性、占地和故障特性。柔性直流换流器不通过变压器而直接接入10 kV交流电网带来2个问题:当直流侧发生单极接地故障时,交流侧断路器无法正常分闸;直流侧双极短路电流大。通过理论分析和仿真验证了桥臂串联阻尼模块的MMC拓扑具有交流侧故障穿越和直流侧故障抑制能力,可较好解决上述问题,满足城市电网对柔性直流换流器拓扑的要求。

紧凑型MMC模块运行试验测试系统及控制策略

模块化多电平换流器(MMC)技术凭借其在新能源并网、孤岛供电、非同步电网互联、多端直流输电以及城市配电网增容等领域中的独特优势而被电力系统采纳和应用。其大功率、高电压、强电流的特点,导致很难构建与实际工程相同的全载电路进行试验。因此,设计适当、有效的试验方法和装置来获得能够代表实际运行条件的关键应力显得尤为重要。介绍一种MMC功率模块对推的试验拓扑,提出一种脉宽调制(PWM)斩波和定电流控制策略对试验电路进行控制,通过Matlab仿真和试验验证了所述控制策略可防止IGBT动作频繁和控制系统的延时导致IGBT过流;同时解决了固定脉冲充电速度较慢的问题。该试验拓扑简洁明了,能近似模拟MMC功率模块实际运行中的电压、电流和温度应力,特别适合模块样机研制阶段对单模块进行测试。

基于柔直换流阀模组配水仿真和试验研究

首先以某柔直工程为研究对象,进行了柔直换流阀塔配水系统设计。其次对配水的均匀性进行了仿真研究,各模组流量在16.5 L/min左右,流量偏差率为3.9%,流量不均匀度为1.9%,各模组流阻在160 kPa左右,流量分配均匀。最后搭建了阀塔,测试了阀塔各模组的流量,流量在16 L/min左右,流量偏差率为4.2%,不均匀度为2.2%,流量分配均匀,仿真值和实测值较接近,最大偏差为3.1%。仿真和测试规律吻合:远离主进水管的模组流量要小于靠近主进水管模组流量,同一层呈现逐渐下降的趋势。由此可知,仿真计算可靠,可用于指导设计。

子模块可控放电集中式直流耗能装置及其控制

柔性直流输电技术具有线路损耗低、可以独立控制有功与无功等技术优势,是离岸远海大规模海上风电实现并网的优选方式。采用柔性直流输电技术并网需要解决岸上交流侧发生故障时的穿越问题,目前常用的解决方案为配置直流耗能装置。在对比现有典型直流耗能装置拓扑的基础上,提出一种基于子模块可控放电拓扑的集中式直流耗能装置;采用分组阶梯投切策略降低直流耗能装置动作期间的直流电压尖峰,基于阶梯关断过程提出子模块电容精准可控放电策略,实现了故障穿越期间子模块电容电压的准确控制,电磁暂态仿真与RTDS实验结果表明所提出的直流耗能装置拓扑及控制策略能够支撑系统平稳实现故障穿越。

海上油气田柔性直流输电系统关键技术及应用方案

基于目前海上油气田电力现状及特点,论证了采用柔性直流输电系统通过陆地电网给海上油气田供电的必要性和可行性,并对柔性直流输电技术在海上油气田应用的关键技术进行了研究,包括系统主接线设计、换流器与海底电缆的电压等级选取以及海上平台换流站与控制保护系统的设计等。以渤海某油田具体工程项目为例,从用电负荷、主接线形式、系统容量选择以及换流器和海底电缆的选取等方面介绍了该油田采用柔性直流输电的技术方案,并与平台自发电方案进行了经济性指标对比。结果表明,采用柔性直流输电技术利用岸电为该油田供电能节省一次投资约10%以上,降本增效显著。本文研究成果对于实现我国海上油气田柔性直流输电系统国产化具有十分重要的意义。