初级反馈AC/DC转换器的高低压OCP补偿电路设计

初级反馈结构形式的AC/DC转换器近几年来引起了国内外学者与应用工程师的研究和关注。对初级反馈结构的AC/DC转换器进行高低压过流保护(OCP)补偿,是提高此种结构AC/DC转换器性能,扩大其使用范围的关键性技术。论文介绍了一种在系统板级补偿初级反馈AC/DC转换器高低压OCP的方法后,提出一种利用驱动管导通时间的不同来补偿高低压OCP的方法。论文论证了利用驱动管导通时间不同实现高低压OCP补偿的原理,并采用此方法设计了一款初级反馈AC/DC转化器且投入实用。通过对设计的无高低压OCP补偿和有高低压OCP补偿两种AC/DC转换器进行对比测试,结果表明论文提出的补偿方法可以将AC/DC转换器的高低压OCP差值缩小33～47mA,提高了转换器的性能,对初级反馈AC/DC转化器的设计具有一定的参考意义。

网压不对称下MMC多目标控制参数优化选择研究

为解决多目标保护控制中调节参数难以确定的问题,引入有功功率波动和交流电流波动的权重因子,构建线性加权表达式;为获取最优权重因子,深入分析MMC(模块化多电平换流器)系统安全运行条件对权重选取的限制,建立权重优化选取模型。在此基础上提出一种MMC多目标协调控制策略,以抑制有功功率波动与协调交流电流不平衡度为目标,考虑系统最大允许电流、桥臂电容电压允许最大波动,不需要为了抑制过流、桥臂电压过压而额外增加控制环节。仿真实验表明了所提策略的可行性与有效性。

基于最大调制比的LCC-MMC混合直流交流侧故障控制策略

对现有常规直流工程进行逆变站柔性化改造,是解决多馈入直流输电系统潜在级联换相失败问题的一个有效方案,改造后的混合直流系统整流站沿用电网换相换流器,逆变站新建模块化多电平换流器。首先对电网换相换流器和模块化多电平换流器(LCC-MMC)混合直流系统的拓扑结构、基本控制方法以及整流站交流侧故障时功率骤降问题进行了阐述。然后,针对上述问题,提出了基于最大调制比的交流侧故障控制策略,在整流站交流侧故障时,该策略能够通过调节逆变站模块化多电平换流器的调制比,维持直流电流的恒定,降低混合直流系统传输有功功率的跌落幅度,从而减小传输功率骤降对逆变站交流系统的冲击。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了混合直流输电系统的仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。

基于切换系统理论的有源电力滤波器交流侧电感值设计

交流侧电感的取值对有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)的补偿效果有重大影响。针对传统设计方法得到交流侧电感取值范围误差较大的问题,利用非线性动力学理论,阐述了一种全新的APF交流侧电感值设计方法。首先建立APF切换系统的精确离散模型。因为APF的强非线性,很难利用该模型得到相应的解析解,因此使用时域分析法迭代计算交流侧电感不同取值时APF补偿电流的数值解;然后通过该数值解分析不同电感值对系统动态特性的影响。在此基础上,根据已知的跟踪指标得到了交流侧电感的合理取值范围。使该取值范围和传统设计方法得到的取值范围进行比较,仿真结果验证了该方法的有效性和合理性。

单相有源前端直流电压脉动研究

单相PWM整流器作为串联H桥多电平变频器的有源前端,可以满足矿井提升机对电气传动系统能量双向流动能力的要求,但是其输出2次脉动电压使得网侧电流存在3次谐波。针对上述问题,提出了一种稳态误差前馈补偿的方法,即将输出直流电压的二倍频正弦误差信号补偿至直流电压给定信号,以减小电压脉动对电网电流畸变的影响。仿真及硬件实验验证了该方法的有效性。

采用柔性直流技术的智能配电网接入交流电网方式

基于柔性直流技术的智能配电网与交流电网的连接方式是系统设计的基础,也是直流配电中的关键技术之一,为此针对±10kV基于柔性直流技术的智能配电网接入交流电网的方式开展了理论和仿真分析。首先从理论上简要分析了其与10kV交流配电网之间可能的连接方式及各种连接方式下交直流系统故障之间的相互影响。然后在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中建立不同连接方式下的仿真模型并开展典型故障下的仿真计算,从过电压和过电流的角度分析交直流系统故障间的相互影响。最后,从系统运行可靠性和经济性的角度提出基于柔性直流技术的智能配电系统与交流电网之间推荐的连接方式,即直流配电系统通过联接变压器与交流电网连接。

MMC换流站阀侧交流接地故障电流解析

对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)换流站阀侧交流接地故障特性进行研究发现:阀侧交流系统发生金属性接地故障时,故障点入地电流由下桥臂电容放电电流和上桥臂以及对端桥臂电容放电电流构成,网侧交流系统不会馈入入地电流;带过渡电阻接地故障时,网侧交流系统将通过过渡电阻作用于故障点入地电流。详细推导了三相接地故障和单相接地故障下的入地故障电流和桥臂电流的数学解析式。采用RTDS仿真验证了该表达式的正确性。由于阀侧交流出口处电位被钳制为0,因此上桥臂的子模块电容将产生过电压。下桥臂与故障点构成放电电容回路,下桥臂流过的故障电流迅速增大,且无法通过断路器切断故障电流。因此,建议采取可靠的限流措施避免阀侧故障对换流站等一次设备造成严重伤害。

换流站阀侧交流接地故障电流快速抑制方案

换流站阀侧交流接地故障下,故障点通过接地极与下桥臂组成故障回路,其故障冲击电流大,不能通过断路器切除。分析表明,接地极在对称运行时基本没有电流流过,并在单极架空线路故障和换流站阀侧交流接地故障中提供了故障回路。因此,接地极引入故障限流装置不仅对系统的正常运行没有影响,且能有效抑制单极故障电流和阀侧交流接地故障电流,降低对直流线路保护及换流站保护的要求。分析了阀侧交流接地故障下的故障电流组成,从供电可靠性、故障限流效果等方面分析了故障限流器引入接地极所具有的优势,提出了故障限流器分散组合式安装方法,利用电容器组与故障限流电感的组合投入,实现对回路中能量的吸收和故障电流上升率及峰值抑制的新型故障限流器拓扑结构。利用PSCAD/EMTDC平台搭建了双端柔性直流输电系统,仿真结果验证了接地极安装位置的优越性,并证明了新型故障限流器的有效性。

交流发电机整流供电系统故障限流装置的分析与设计

提出了一种新型的整流发电机供电系统区域间限流保护方案及限流器电路。给出了适用于限流器分析的整流发电机的简化模型。建立了该型限流器的数学模型,得到了整流发电机电源参数对FCL承受的最大电压和最大电流的影响关系,通过MATLAB仿真验证了简化模型和所推导结论的正确性。研制出小功率实验样机,完成了三相整流同步发电机直流侧突然短路故障时限流的动态模拟实验。实验结果表明该限流器设计合理,限流效果明显。

三相PWM整流器电压外环PI调节过程分析

目前将PI调节器用于三相PWM整流器外环控制的方法已经非常成熟。为了简化PI参数的整定过程,实质性地分析其调节原理、PI参数影响指令电流进而影响直流侧电压的过程后给出了PI参数的取值范围并说明PI参数增大则网侧谐波增加,PI参数减小则可能会使直流侧电压无法达到给定。最后实验验证了上述分析。

双绕组交直流发电机直流侧突然短路分析

根据3/12相双绕组发电机的基本磁链方程和电压方程以及等效电路,该文建立了双绕组发电机交流侧带负载时直流侧突然短路的基本电压方程;通过进行适当的近似,用解析的方法分析了突然短路的过渡过程,给出了定转子时间常数的简明表达式和整流绕组交流侧的短路电流表达式以及直流侧最大短路电流的近似计算公式。在此基础上,研究了交流负载对直流侧短路电流的影响并给出了相应的物理解释。模拟试验结果表明:交流侧负载的大小对直流侧短路电流有较大的影响,而功率因数对直流侧短路电流的影响很小,验证了理论分析的准确性。

青海交直流混合送端电网暂态稳定性分析

随着西北地区大容量高压直流电网的逐步投运,青海作为清洁能源大省将呈现出交直流混合外送的送端电网结构,特高压大容量直流对送端交流电网暂态稳定性的影响日益显著。研究了青海光伏直流外送通道与750 kV交流电网的耦合特性、青海电网交直流混合外送能力、电源分布及换流站接入方式对交流外送能力的影响。研究结果可为青海光伏发电通过特高压直流和750 kV交流混合外送提供依据和参考。

交直流机车混合运行牵引供电网谐波特性分析

针对机车调度中交直型和交直交型机车单独运行以及2种类型机车在同一牵引变压器供电下混合运行等复杂工况对网侧电流影响严重的问题,分析了交直型SS4电力机车及交直交型HXD3电力机车的牵引传动系统原理,建立了根据机车级位和速度自动判别机车行驶段位的交直型和采用空间矢量脉宽调制控制策略(SVPWM)的交直交型机车的SIMULINK仿真模型。在此基础上建立了同一牵引变压器不同类型机车混合运行模型,对典型工况进行仿真分析,得出各工况运行下的网侧电流谐波次数、谐波含有量及总电流畸变率,可用于供电网谐振分析、谐波治理、调度运行等方面。

基于精确线性化变结构控制的UPFC控制器设计

统一潮流控制器自身结构复杂、变量多,为了简化其控制器的设计过程,建立只考虑并—串联变流器交流侧电流状态和直流电容电压状态的UPFC的5阶非线性模型。采用双环控制策略来设计UPFC控制器,通过PI外环控制直流电容电压,选取并—串联变流器交流侧电流作为系统控制输出,通过状态反馈精确线性化将原非线性系统线性化为4个线性子系统,并应用变结构控制原理实现并—串联变流器交流侧输出电流的内环控制。仿真结果验证了该控制策略的有效性。

MMC-HVDC简化有限集快速模型预测控制研究

针对应用于模块化多电平换流器的直流输电系统的传统模型预测控制策略存在运算量庞大,配置目标函数加权因子的随机性问题,在分析MMC离散数学模型的基础上,以控制系统输出的最优电压电平组合为目标,提出无加权因子的简化有限集的快速模型预测控制策略,运算量大幅度减小,对平衡子模块电容电压、降低交流侧电流波动和抑制循环电流有显著效果。最后,通过Matlab/Simulink平台搭建仿真模型,并基于iHawk实时多处理器环境以及SWB实时仿真平台,进行11电平样机实验,实验结果表明该控制策略的有效性和可行性。

全桥型模块化多电平变流器低冲击电流可控充电策略研究

模块化多电平变流器(MMC)具有模块化程度高,交流输出电压谐波小,控制灵活等优点。全桥型MMC可以通过闭锁来阻断直流故障电流,具有良好的故障穿越能力。并且单个的全桥型MMC模块可以输出正、负和零三种电平,桥臂具有输出负电压的能力,具有较高的直流电压利用率。由于MMC子模块含有储能电容,启动前必须先对子模块电容充电,否则系统无法平稳安全解锁。通过分析全桥型MMC交流侧充电过程,指出了由不控充电到模块解锁后可控充电产生电流冲击的原因。在此基础上提出全桥型MMC低冲击电流可控充电策略,可使子模块电压在解锁后平滑地上升到额定值。实验验证了提出的控制策略的可行性和有效性。

含MMC的交直流输电系统短路电流统一求解方法

针对含模块化多电平换流器(MMC)的交直流输电系统短路电流水平校核问题,在考虑MMC的运行方式和控制系统的基础上,建立了MMC交流侧故障模型。在对比分析了同步机电源和MMC输出短路电流的机理后,通过近似求解并网点(PCC)处电压将MMC交流侧故障模型简化为电流源模型以实现PCC处电压和MMC输出电流之间的解耦。对支路进行合理编号并筛选出电源支路和待求短路电流所在无源支路,基于电网络理论将联络节点构成的无源网络用混合参数表征,经推导得到了含MMC的电网短路电流计算的统一求解方法。不同工况下的仿真结果表明,通过建立各控制策略下的MMC交流侧故障模型,所提算法能准确统一求解不同MMC交流侧故障下的短路电流,可用于含MMC的交直流输电系统的设备选型和保护系统设计。

三相PWM整流器启动冲击电流的抑制方法

针对三相PWM整流器在启动时刻三相电网侧电流存在冲击,会造成功率器件的烧毁问题,提出了一种启动冲击电流的抑制方法。通过动态地调整参考直流母线电压的斜率,可以有效控制网侧电流冲击峰值,并且直流母线侧的电压也实现了稳定上升到参考指令值。最后搭建了实验样机系统,进行了不同参考电压模式下的对比实验验证,实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。

柔性直流配电系统换流器交流侧接地故障的分析

柔性直流配电网中的换流器若经联结变压器接入交流电网,联结变与换流阀之间发生绝缘损坏会产生换流器交流侧接地故障。接地故障对系统运行的影响及其保护方案值得研究。首先分析了柔性直流配电网中各部分的共模等效模型。考虑联结变不同的接地方式,建立了一个典型的五端柔性直流配电系统共模等效电路。推导了各端基频共模电流、电压的计算公式。其次考虑系统可能存在的各种谐振,提出了一种基于换流器直流侧基频共模电流、电压以及功率方向的多端柔性直流配电系统交流侧接地故障的保护方案。最后在PSCAD仿真平台上进行了验证。

一种新型的原边控制LED驱动电路研究与设计

为解决传统的副边控制方法存在控制电路复杂、成本高的问题,设计了一种应用于发光二极管(LED)照明的单级反激控制器中的原边控制电路。通过对原边反馈作输出电流估计,然后将估计值与基准电压作为误差放大器的输入来控制原边导通时间,从而实现平均输出电流的恒流控制。采用零电流开启技术,在电压谷底处打开功率管,减小了导通开关损耗。介绍了原边控制的相关原理和整体电路结构设计。设计采用0.5μm BCD工艺,并通过Hspice仿真进行验证。结果表明,该电路成功实现了平均输出电流的恒流控制,驱动反激变换器工作在准谐振模式时有较高的转换效率。