大容量发电机断路器TRV开断特性及抑制措施研究

发电机断路器(GCB)位于发电机组和升压变压器之间,针对负荷电流高达50 kA、故障电流高达200 kA以上的大容量机组,GCB传导和开断电流远高于线路断路器,在开断过程中,GCB两端会产生非常严重的瞬态恢复过电压,威胁GCB的可靠性。文中基于某大型核电站的实际接线,单机容量为1 722.2 MVA,利用EMTP-RV仿真计算研究了GCB在各种故障下开断时的TRV的电磁暂态特性,分析配置不同容量电容器对TRV幅值和陡度的影响效果。提出了采用辅助断口装设非线性阻尼电阻抑制TRV的方法,并给出了非线性阻尼电阻参数选取原则,并通过仿真验证了其可行性,针对失步故障非线性阻尼电阻可使TRV幅值降低29.2%,具有更高的灵活性与经济性。

并网逆变器全等效并联电阻有源阻尼控制方法

虚拟电阻并联电容有源阻尼法是在电容并联电阻无源阻尼法的基础上通过反馈电容电流,从控制算法上达到对并联电阻的虚拟,实现对输出滤波器谐振峰的有源阻尼。针对现有虚拟电阻并联电容法无法实现并联电阻的严格等效,带来了动态性能欠佳的问题,通过控制框图的变换,提出1种基于电容电压与电容电流反馈的全等效并联电阻有源阻尼控制方法,实现了电容并联电阻无源阻尼法严格意义上的等效,并通过对系统主导极点的分析得出:相较于基于电流环的虚拟电阻并联电容法,所提全等效并联电阻有源阻尼控制方法可以有效增加系统的阻尼比,提高系统的响应速度,减小超调量。最后,仿真和实验结果验证了该方法的有效性。

Research of Damping System Characteristics for HVDC Converter Valves

直流换流阀阻尼系统由饱和电抗器铁心电阻和晶闸管级阻尼电阻2部分组成。该文提出了饱和电抗器动态电感和铁心电阻分析计算方法,建立了铁心电阻与磁通密度的函数关系及饱和电抗器等值电路模型。通过对高频电压源激励下端口伏安特性理论计算结果与试验测试结果对比,验证了模型的正确性。提出了阻尼系统抑制振荡电流性能分析方法,给出了晶闸管第1个电流波谷值处于局部极限值的阻尼系统配置方案;分析了阻尼系统冲击电压下辅助限制过电压性能;提出了阻尼系统损耗计算方法,研究了换流阀不同运行状态下的损耗性能。

三相并网逆变器LCL滤波器的研究及新型有源阻尼控制

相比较传统的L型滤波器,LCL滤波器以其较低的成本和更好的高次滤波衰减能力适合应用于大功率场合下的三相并网逆变器。文章详细分析了根据逆变器电压电流传感器安装位置不同导致网侧等效阻抗的变化以及对并网逆变器采用不同电流控制方式时的系统稳定性。针对LCL滤波器本身存在的谐振问题以及传统的增加滤波器无源阻尼电阻会带来系统额外的功率损耗,降低变流器效率等缺点,文章通过建立基于LCL滤波器滤波电容串联和并联阻尼电阻的系统控制模型,构建系统传递函数并利用系统传函等效原则,选择滤波电容电压前馈分别实现基于有源虚拟阻尼电阻串联和并联的LCL滤波器系统控制方案,给出前馈系数计算方法。最后通过仿真和实验验证了采用基于有源虚拟阻尼电阻并联LCL滤波的三相并网逆变器控制策略,仿真和实验结果表明在不增加系统额外功率损耗的同时,逆变器并网电流工作稳定且谐波含量低。

特高压气体绝缘开关设备中特快速瞬态过电压特性的试验研究

气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)中隔离开关操作产生的特快速瞬态过电压(very fast transientovervoltage,VFTO)会影响电气设备的安全运行,随着系统电压等级的提高,该影响会越来越严重,在特高压系统中尤为突出。为掌握特高压GIS的VFTO特性,在特高压GIS设备的VFTO试验回路进行了大规模GIS隔离开关操作试验,并对VFTO测量结果进行了统计分析。研究得到了VFTO全过程波形的波形特征、击穿次数、频率成份和残余电压分布,单次击穿波形的波形特征和振荡系数分布,及预充/不预充直流电压下的VFTO幅值特性,揭示了隔离开关加装阻尼电阻对VFTO的抑制作用。所获得的特高压GIS中的VFTO特性为进一步研究VFTO仿真和绝缘配合等提供了依据。

分布电容对Rogowski线圈动态特性影响研究

在简单分析测量脉冲电流的微分式Rogowski线圈的工作原理基础上,详细论述了Rogowski线圈分布电容的计算方法、测量原理以及分布电容对线圈动态特性(即时域和频域)影响机理。为确保传感器具有良好的动态特性,必须串接最佳阻尼电阻,给出了最佳阻尼电阻的计算方法。仿真和现场测试结果表明,本文提出的方法,对于设计具有合理电磁参数Rogowski线圈,确保传感器具有较好的动态特性,起到理论指导作用。

126kV 3断口真空断路器的重燃特性

为分析126kV 3断口真空断路器(VCB)的重燃特性,建立了包含重燃判据的126kV 3断口真空断路器的暂态等值模型。仿真得到了承担瞬态恢复电压(TRV)较高的1个断口发生重燃时的电流波形,为实现重燃电流尽早过零熄灭,在均压电容支路串联一阻尼电阻,结果表明:阻尼电阻取为振荡与非振荡衰减临界值时效果最佳;仿真分析了有无均压电容时,非重燃和重燃断口分别出现的过高TRV和工频恢复电压(PFRV),为保证断路器可靠开断及保护重燃断口外绝缘,在各断口并联金属氧化物避雷器(MOA)来限制过电压,结果表明:在1000pF均压电容上并联参考电压约为50kV的MOA时限压效果较好,且能满足热稳定要求。研究成果可为126kV 3断口真空断路器合理选取动态均压措施提供一定的依据。

柔性Rogowski线圈的研制

Rogowski线圈由于具有良好的线性度,不存在饱和现象,而且实现了原、副方的电气隔离,在电流测量领域有广泛的应用,但由于其金属外壳,在某些场合的应用受到限制。为此主要研究了柔性Rogowski线圈在测量冲击电流中的应用,首先介绍了外积分式Rogowski线圈的工作原理,然后从时域的角度分别论述了阻尼电阻的选取和电容器的非理想化对柔性Rogowski线圈性能的影响,并分析信号引出线对测量结果的影响。实验证明,通过合理的设计和采取良好的屏蔽措施,柔性Rogowski线圈在测量冲击电流时具有较高的性能和更广泛的应用。

三相电压型整流器的LCL型滤波器分析与设计

提出了一种LCL型滤波器的新型设计方法,利用电流的纹波限制,求出了滤波器的总电感值。滤波电容使电感分为两个不对称的电感,利用电容吸收的无功功率得到了滤波电容器的值。以谐振频率这个重要参数作为中间变量,得出了关于两个不对称电感比例的二次方程,通过对方程的求解,可很容易得到滤波器的电感参数。对样例滤波器的设计过程进行了详细介绍,系统的仿真结果也证明了文中提出的设计方法是可行的。

铁磁谐振及其消除原理分析

铁磁谐振是电力系统中亟待解决的一个难题,频繁发生在中性点非直接接地的配电网和中性点直接接地的高压电力网中。谐振导致的过电压和过电流往往会使电压互感器(TV)过热烧毁,影响线路的正常运行。文章分析了铁磁谐振的内在机理和特征。通过理论分析和实验测试,将铁磁谐振的一些特征很好地反映了出来,并对加入阻尼电阻和增大电容两个方面的消谐原理进行了分析和试验,取得了显著的实验效果。

印制板式Rogowski线圈研究

为了增强印制板式Rogowski线圈拾取感应信号的能力,有效提高其信噪比,将具有相同结构的Rogowski线圈顺次串联并分别获得顺串单、双面板Rogowski线圈后,分析了由单面板构造的顺串单面板传感器的计算模型和等效模型,对比研究了顺串单、双面板Rogowski线圈的阻抗、相频、自感系数和内阻等重要电气参数随着被测电流频率的变化特性,推导了顺串单、双面板Rogowski线圈的最佳阻尼电阻的计算模型,提出了用于判断顺串单、双面板Rogowski线圈测量脉冲大电流的结果有效性的方法及其判据。研究表明,取印制板线圈的顺次串联方式有利于提高传感器的信噪比。

C-MMC直流故障穿越机理及改进拓扑方案

采用基于箝位双子模块(clamp double sub-module,CDSM)的模块化多电平换流器(modular multileve lconverter,MMC),是MMC-HVDC实现直流故障快速自清除的理想选择之一。首先研究箝位双子模块正常和闭锁工作模式;然后分析闭锁前后故障等值电路和故障电流特性,指出利用二极管阻断特性和模块电容所提供的足够大的反电势能够实现直流闭锁;最后,提出两点改进措施:1)桥臂由半桥子模块和箝位双子模块混合而成,降低了稳态运行损耗和半导体器件数量;2)在子模块内部箝位二极管处串联阻尼电阻,以加快闭锁期间能量耗散和降低电容电压增高幅值。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提出的改进拓扑结构方案的可行性和有效性。

LCL滤波的光伏并网逆变器阻尼影响因素分析

并网光伏逆变装置越来越多地采用电感—电容—电感(LCL)滤波器,针对其固有谐振特性而采取的阻尼控制策略成为了研究热点。以LCL滤波器、逆变器、电网为整体进行建模研究,用无源阻尼和有源阻尼中最常用的虚拟电阻法,深入分析了逆变器控制行为和电网因素对阻尼效果的影响。研究结果表明,电网的非理想电压源特性、系统控制延迟等因素会影响阻尼性能。在此基础上提出了一种采用有源与无源阻尼相结合的控制方法,有效地减少了系统控制延迟的影响,保证了阻尼具有较好的电网参数适应能力。实验结果证明了所述方法的有效性。

谐振接地系统零序电压轨迹及精确控制方法

针对谐振接地系统现有中性点位移电压抑制方法的不足,提出电网正常运行时脱谐度和阻尼率的最优控制条件。为实现零序电压的精确跟踪控制,分析随调式消弧线圈不同脱谐度和预调式消弧线圈不同阻尼率下的零序电压轨迹。根据电网绝缘参数和当前消弧线圈支路阻抗下的零序电压值,可计算出限制中性点位移电压的精确控制条件,包括随调式消弧线圈过(欠)补偿的精确电感值和预调式消弧线圈并联的精确电导值。仿真试验验证了所提方法的有效性。

太阳能光伏发电并网系统的建模和仿真

为开展太阳能光伏发电并网系统的研究,采用光伏电源外特性等效方法,推导了大容量太阳能光伏发电的数学模型,搭建了10MW光伏电源的仿真模型。在此基础上,提出了改进的扰动观察最大功率跟踪方法,该方法不受测量和计算误差的影响,能保证光伏电源尽快稳定在最大功率点。应用正弦脉宽调制的电压型三相桥式逆变器和具有阻尼电阻的LCL滤波器作为光伏电源与电网之间的接口,采用内外环加同步比例积分的电流控制技术实现并网。仿真实验验证了搭建的10MW光伏并网发电系统的可行性和正确性,并网电流谐波符合IEEEStd929—2000的要求。

可适应宽频带的抗混叠有源阻尼控制策略

针对LCL型并网逆变器的谐振问题，该文从离散控制的角度分析了谐振机理，得出控制器运算时间带来的滞后影响了系统相频特性，使其不满足奈奎斯特稳定判据而失稳。虚拟电阻法是解决LCL谐振问题的一种有效而稳定的方法，但在工业应用中存在电容电流欠采样导致的混叠问题。选择合理的滤波器可以解决混叠问题，但其带来的相位滞后影响了阻尼效果甚至为系统带来负阻尼，针对这一问题该文提出了带超前补偿的虚拟电阻有源阻尼法。另外，实际系统通常是多台逆变器经LCL并联，系统存在从单机谐振频率到多机谐振频率宽频率范围的谐振，该文基于1．5MW逆变器试验平台，通过改变并联滤波电容组数进行了谐振频率670～1230Hz的阻尼实验。实验结果证明了所提方法的有效性，以及对宽频率范围的适应性。

LCL滤波的电压型PWM整流器的有源阻尼控制

为抑制LCL滤波器的谐振,解决采取增加电阻方法带来的PWM整流器功率损耗问题,提出了基于虚拟电阻思想的新型有源阻尼控制策略。滤波电容电压经过比例处理后注入整流器输入电流,通过改变参考输入电流,滤波器的谐振得到了有效抑制。该控制策略不会带来功率损耗及效率降低问题,并且参数的选择非常简单。为了说明阻尼电阻的作用,并对LCL滤波的PWM整流器的数学模型做了分析。最后的仿真结果证明了所提出的控制策略是正确可行的。

多变流器并联时谐振特性及最优虚拟阻尼方法

LCL型变流器多模块并联并网运行时系统网络阻抗及谐振特性会发生变化,这将无法保证变流器输出电流的控制特性。对输出电流谐振问题进行定量分析及谐振抑制方法研究非常关键。通过建立多变流器并联并网系统的诺顿等效电路模型,对谐振峰分布进行定量分析,进而在简化模型的基础上,得到了谐振频率的数学表达式。基于电容器并联虚拟电阻的阻尼方法,研究虚拟电阻取值对输出电流的影响,提出了虚拟电阻最优值的计算方法。该方法可保证多变流器并联并网系统输出电流对指令值的跟踪特性。仿真和实验结果证明了定量分析结果的准确性及虚拟电阻取值方法的有效性,实现了对输出电流的有效控制。

高压直流输电双调谐滤波器阻尼电阻的选取原则

阻尼式双调谐滤波器广泛应用在高压直流工程中,其阻尼电阻的选择关系到滤波器的滤波效果和直流系统的运行性能。首先通过比较不同阻尼电阻下的滤波器阻抗频率特性,分析了阻尼电阻对滤波效果的影响;然后以某±800 kV特高压直流输电工程交流滤波器设计为例,考核不同阻尼电阻下滤波器的性能和稳态定值;最后基于性能指标和稳态定值要求的考虑,总结了电阻优化选择的基本原则和规律,对提高滤波器设计的效率、减少盲目性具有一定的工程指导意义。

用于光伏发电系统的LLCL型滤波器混合阻尼控制策略

为使光伏系统并网电流谐波满足电力系统的要求,提出采用基于LLCL型滤波器的并网逆变器,并对其进行有源及无源相结合的混合阻尼控制。通过对混合阻尼参数的取值进行合理设计,使无源阻尼与有源阻尼的控制优势得以更好的结合与发挥。在Matlab/Simulink环境下对控制方案进行仿真,结果表明,混合阻尼控制方案下的LLCL型滤波器不但具有衰减开关频率次谐波和节省电网侧电感的优点,还具有较好的滤波能力,可以满足并网电流的谐波含量限制要求。