直流支撑电容器交直流叠加试验回路搭建及参数选取探讨

对于柔直、轨道交通等领域用的直流支撑电容器而言,交直流叠加的试验验证更符合实际工况所需。电容制造厂家如何利用现有试验设备,搭建交直流叠加试验所需的试验平台,重点在于对交、直流电源的隔离保护。本文在介绍交流、直流独立试验回路及交直流叠加试验回路原理的基础上,明确了隔直电容和隔交电感、放电电阻的参数选择原则,为各电容厂家利用厂内现有设备,尽最大可能降低设备成本的前提下,提供一种直流支撑电容交直流叠加试验平台搭建的思路和方法。

一种新型MMC并联双端口子模块及其三阶段故障电流阻断机理

为使模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)具备直流故障自清除能力和电容电压均衡能力,提出了一种新型并联双端口子模块:钳位双全桥子模块(clamp double full bridge submodule,CD-FBSM)。该子模块器件成本和运行损耗较低,正常工作时相邻子模块之间具有多种协同运行模式,通过特有的并联模式可提高电容电压均衡度。故障闭锁时,模块内部电容并联、模块之间电容串联且反向接入电路,能够可靠阻断故障电流并均衡电容电压,有利于系统快速重启。此外,提出了三阶段故障电流阻断机理分析方法,对CD-FBSM的故障电流阻断过程进行了研究。通过Matlab/Simulink的仿真结果表明,所提子模块电容电压均衡度较高,可快速阻断故障电流,且故障电流阻断过程与理论分析一致。

基于粒子群算法的变压器直流偏磁隔直装置安装策略

直流输电系统在单极大地回线的运行方式下直流接地极附近变压器会产生直流偏磁。对单个变电站安装隔直装置可能导致周边变电站产生新的直流偏磁。考虑到隔直装置的安装运维成本高、变电站改造困难等问题,对直流接地极周边全部变电站均安装隔直装置是不合理的。为此,提出了一种基于粒子群算法的变压器直流偏磁隔直装置安装策略,能够综合考虑成本与治理效果。首先建立以安装维护成本和变压器中性点电流值加权作为优化目标函数的安装策略优化模型,再以所有变压器中性点直流电流均不超限作为约束条件,最后采用粒子群算法获得最优安装策略。为了验证所提出的安装策略的有效性,搭建了金华电网实际参数模型,并考虑了多组变电站的综合成本和重要等级等参数。结果证明基于粒子群算法的直流偏磁隔直装置安装策略能够快速有效地得到区域电网内各变电站隔直装置最佳配置方案。

中波双频共塔天调网络的原理分析实例

根据功率最大传输定理要使中波广播发射机向天线传输功率的效率最大,必须使天线的阻抗与发射机的阻抗匹配。在中波广播发射系统中,天调网络是实现阻抗匹配的核心环节。为了节省天线和场地等资源,中波发射台通常使用双频共塔模式,使2个频率节目共用一个天线。通过网络元件的参数进行计算,分析双频共塔天调网络的阻塞网络、匹配网络、陷波网络、防雷部件的工作原理,达到对天调网络原理的理解,提高维护水平。

FTW200K钽粉中添加化学粘结剂研制钽阳极块的研究

为了制备优质的钽阳极块,以钠还原法生产的电容器级超高比容金属钽粉(FTW200K)为主要原材料,并添加化学粘结剂为辅助原材料制备钽阳极块。利用扫描电镜、粒度分析仪对不同粘结剂、不同脱蜡工艺参数条件下制备的阳极块进行内部钽粉颗粒存在的物理形态及结合方式、压制成型和脱蜡后钽阳极块内部的钽粉颗粒度和孔隙度进行观察和分析。结果显示:化学粘结剂的加入有助于超细金属钽粉颗粒间的粘结,实现金属钽粉压成胚块,但也是形成钽阳极芯子毛胚块外部和内部质量缺陷的主要原因之一。通过现场对比试验,最后通过对真空脱蜡等工艺参数的计算设计和有效控制,完全能够制备出钽粉颗粒分布均匀,孔隙度良好的钽阳极块。

配电网混合型MMC双极短路故障后快速恢复策略

故障清除后模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的快速恢复技术是柔性直流配电技术的重要研究内容。本文针对子模块混合型MMC故障后由于子模块电容电压不均导致的故障恢复过电流问题,提出了一种桥臂过电流抑制策略,避免解锁过程中桥臂子模块过电流的发生,使得解锁过程能够稳定可靠进行;在此基础上,还研究了基于桥臂电流前馈的子模块电容电压快速均衡方法,可促进换流器解锁时桥臂子模块电容电压快速重新稳定至额定值,有利于提高换流器直流侧电压恢复速度;最后,在MATLAB/Simulink环境中搭建了单端混合型MMC仿真模型,验证了所提控制方法的有效性和可行性。

基于负直流电压控制的MMC快速无闭锁故障穿越策略

传统半桥子模块无法阻断直流短路电流,基于新型子模块的闭锁式故障穿越策略则存在换流器不可控、系统重启过程复杂等缺点,降低了模块化多电平换流器的可靠性。为此提出了一种基于负直流电压控制的无闭锁故障穿越策略,在直流侧短路后通过调制波下移将直流电压控制为负值,从而实现直流故障电流的快速清除。此外,针对无闭锁故障穿越过程中输出正负电平子模块之间电容电压不均衡的问题,提出了双排序控制算法以实现电容电压的快速均衡,同时设计了从故障发生至换流器重启整个过程中系统的无闭锁故障穿越流程。基于Matlab/Simulink的仿真结果表明,基于负直流电压控制的无闭锁穿越策略可快速阻断直流故障电流,在此过程中子模块电容电压保持均衡,可实现换流器的快速重启。

220kV主变压器中性点加装隔直电容对零序电量的影响

变压器中性点加装隔直电容是抑制直流偏磁的有效措施,但加装隔直电容后系统零序参数将发生改变,且大规模加装隔直电容后对零序电量的影响是否存在叠加效应未有明确定论。文中建立了220kV复杂系统环形等值模型,考虑不同运行工况进行计算仿真,采用继电保护智能整定计算软件进行全网故障计算,验证大规模加装隔直电容时系统所受的影响情况。研究结果表明,加装隔直电容后对线路保护安装处零序电流及电压保护影响很小,对加装站点变压器中性点零序电流的影响最大,大规模加装隔直电容时存在叠加效应,但叠加后对相关零序保护的影响基本可以忽略。

带隔直电容的移相全桥DC/DC变换器特性分析

全桥DC/DC变换器由于具有很高的磁芯利用率,其控制方式又灵活多样,因而在中大功率DC/DC变换器中应用广泛。移相全桥控制简单,无需外加辅助开关便可实现开关管的ZVS,因此得到了广泛应用。在实际应用中,为了防止因开关管开关特性不一致使变压器初级产生直流分量而导致的“偏磁”问题,常需要在变压器初级加一隔直电容,加入隔直电容之后,变换器工作过程也相应发生了变化。本文分析了带有隔直电容的移相全桥ZVSDC/DC变换器的工作过程,着重研究了隔直电容对变换器性能的影响,并进行了仿真研究。最后在一台2kW样机上进行了实验验证。实验结果表明,加入隔直电容可以减小占空比丢失,但同时减小了滞后臂ZVS范围,增大了次级整流二极管的电压应力。

移相全桥变换器占空比丢失问题的研究

在简单分析移相全桥PWM(PS-FB-PWM)变换器工作过程的基础上,详细叙述了通过合理配置隔直电容和变压器漏感来补偿占空比丢失的原理与方法,并通过PSIM软件搭建仿真模型,验证了该方法的正确性。最后根据理论分析结果,设计并制作了一台60 V/625 A的实验样机。实验结果表明,该方法可有效减小甚至消除占空比丢失的现象,从而验证了该方法的可行性。

移相控制全桥零压零流软开关功率变换器谐振过程分析和参数设计方法

移相控制全桥软开关功率变换器广泛应用于各种电弧焊接与切割电源。针对焊接电弧的宽负载工作范围,为实现全负载范围的滞后臂功率器件软开关,对变压器一次侧串联饱和电感和隔直电容的移相控制全桥软开关功率变换器的谐振工作过程进行了深入的理论分析,提出实现滞后臂功率器件软开关的饱和电感设计准则,并对不同脉冲宽度和负载电流下的滞后臂功率器件软开关状态进行了仿真研究,验证了理论分析的正确性。在理论分析和仿真研究的基础上,给出了饱和电感总磁通和隔直电容大小的参数设计和选取方法。

抑制变压器直流偏磁的电容隔直装置优化配置

高压直流输电单极运行时产生的接地极电流会导致其附近变压器出现直流偏磁,影响交流电网的安全运行。由于偏磁电流在电网中存在多条流通路径,在某变压器中性点安装电容隔直装置虽能明显抑制该变压器中的直流电流,但往往引起相邻变压器偏磁直流增大。为此,考虑自耦变压器接线特点和电网拓扑结构,引入有效偏磁电流来描述直流接地极电流对变压器的影响,提出以所有变压器的有效偏磁电流都小于允许限值为约束条件,以隔直装置的安装数量最少为优化目标的优化模型,应用基于改进轮盘赌选择法的遗传算法求解电容隔直装置的优化配置问题。以溪浙直流输电工程金丝接地极附近的受端电网为例,求解了不同有效偏磁电流限值下电容隔直装置的优化安装方案,与未优化的安装方案相比较,所需安装装置的数量可减少50%以上。

一种600V大功率开关电源的设计及实现

为了解决潜艇电力推进系统蓄电池电压低,供电难的问题,设计了一套单个电源的额定功率为5 kW的大功率升压电源。分析了全桥变换器的工作原理和控制方式,设计隔直电容解决了全桥变换器在实际应用中的技术难题,并设计IGBT缓冲电路实现了高频的大功率开关电源。给出了高频变压器的设计过程。实际应用证明电源电压稳定性好、变换效率高、均流效果好。

大规模风火电送端系统直流闭锁紧急控制策略研究

在分析直流闭锁对送端系统电压特性影响的基础上,提出一种风火电和电容器协调的紧急控制和优化切机策略。该策略在保证系统稳定的基础上,通过优化整流站电容器的切除量和风火电切机量的分配,使恢复系统稳定所需的风火电总切机量最小。最后以西北某风火打捆直流外送系统为算例,验证所提协调控制策略的有效性与实用性。

光伏发电系统的新型DC/DC变换器设计

针对传统全桥DC/DC变换器存在的硬开关损耗和因开关管开关特性不一致使变压器原边磁芯单向饱和问题,设计了一种用于光伏发电系统中的移相ZVS全桥DC/DC变换器,控制电路采用基于芯片UC3875的双环反馈方案,驱动电路由专用驱动集成芯片IR2110S构成。不仅实现了开关管的软开关控制、降低开关损耗、提高系统效率,还可解决偏磁问题,使变压器的磁通密度工作接近于饱和点。实验样机的研制验证了设计的可靠性。

光伏并网系统中直流注入问题最新进展及发展趋势

限制光伏发电系统并入大电网时直流电流的含量是光伏并网的重要需求。国内外相关标准对光伏并网电流中直流分量的大小有所规定。随着非隔离型光伏并网逆变系统的推广,目前直流注入问题日益受到重视。结合相关文献介绍了直流注入产生的原因及所带来的不利影响,从解决直流注入问题的原理出发,将目前已提出的解决方法归纳为三类:采用可抑制直流注入的逆变器、检测补偿法以及电容隔直法。通过理论分析对各类方法的原理进行了介绍,说明了各自存在的优点和不足,通过相互比较进一步总结了各类方法的特点。最后,对光伏并网系统中直流注入问题解决方法的发展前景作了展望。

抑制电网地磁感应电流的电容电阻优化布置方法

电网地磁感应电流（geomagnetically induced currents,GIC）导致变压器直流偏磁,从而威胁电网的安全运行。以往的电网GIC治理方法多限于采用单一的电容或电阻直流偏磁抑制装置,对于不同装置之间的搭配使用缺乏研究。该文研究电阻限流装置与电容隔直装置相互配合进行GIC综合治理的问题。首先考虑到自耦变压器的接线特点和电网拓扑结构,引入变压器有效GIC来描述变压器直流偏磁的严重程度,提出阻、容装置配合使用的GIC治理综合优化方法,以甘肃省主网为例构建等效仿真模型,采用多值编码遗传算法优化电容电阻的安装位置,与采用单一电容或电阻的优化结果相比,能以更少的装置台数达到预期治理效果。最后讨论电网结构发生轻微变化后综合优化治理方案的稳定性,提出新增装置的生成策略,将目标电网的最大有效GIC限制在允许范围内。

具备闭锁和非闭锁模式抑制直流故障电流的新型模块化多电平变换器拓扑

现有直流线路短路故障电流抑制方法存在抑制速率与经济性的矛盾。该文提出了可在闭锁和非闭锁两种模式下低成本实现直流故障电流快速抑制的模块化多电平变换器(MMC)子模块拓扑,即五电平钳位交叉子模块(FLCCSM)结构;分析了闭锁和非闭锁抑制模式下的直流故障穿越过程;解析了在两种抑制模式下满足故障穿越条件的子模块电容投入到故障回路的配置数量;提出了电容成组投切的均衡控制策略以提升其均压效果。Matlab/Simulink仿真结果表明,FLCCSM-MMC在闭锁模式下能将直流故障电流快速抑制到零,主要用于处置直流永久性故障。在非闭锁模式下能将桥臂电流快速抑制到小于2倍桥臂电流额定值,非闭锁模式下MMC仍具有输送一定功率的能力,适用于处置直流瞬时性故障,且故障前后电容电压保持均衡。FLCCSM-MMC具有故障电流抑制速度快、可靠性高、器件成本低、运行损耗小的优势。

超宽带低成本隔直器电路的研究与设计

本文对平面隔直电路进行了分析与设计。首先分析电容的取值计算;其次根据贴片电容等效电路模型,分析贴片电容的封装尺寸、个数和电路板连接微带焊盘对隔直器电路特性的影响。最后研制了一个0.1-10GHz的隔直器电路,实测结果满足设计要求。

抑制变压器地磁感应电流的电容隔直装置安装位置优化

磁暴在电网中引起的地磁感应电流(GIC)导致变压器直流偏磁,对电力系统产生不利影响。在中性点安装电容隔直装置是治理变压器直流偏磁的常用方法,但由于GIC在电网中的流通路径复杂,在某个变压器安装隔直装置时,如不经充分考虑,往往会引起相邻变压器直流偏磁更加严重,因此文中研究电容隔直装置的安装位置优化问题。考虑自耦变压器接线和电网拓扑结构,引入变压器有效GIC来描述地磁暴对变压器的影响,分析了隔直装置的安装对变压器有效GIC分布造成的变化,提出了优化方法,在保证所有变压器的有效GIC小于允许限值的条件下,以隔直装置的安装数量最少作为优化的目标,并应用遗传算法求解。以甘肃主电网为例,构建包含47个变电站、101个节点的GIC等效模型,根据约束条件与优化目标,计算了隔直装置安装的数量和位置,并与未经优化的治理方案进行比较,验证了所提方法的可行性和优越性。