3种减少直流断路器的船舶中压直流电网拓扑结构及性能比较

为保护整流变换器并减少短路时电网中电容放电的影响,船舶中压直流电网中存在大量断路器,致使电网结构复杂,成本高。文章提出3种结构的变换器,即基于级联H桥与多端DC/DC的结构(TMPDC)、基于MMC整流与逆变的多级调压结构(MVR)和基于不控整流与模块化多电平变换器(MMC)驱动负载结合的结构(UR-MMC)。对3种结构的组成与特点进行了分析,并在电压谐波、功耗、体积、故障特性等方面进行比较,最后通过仿真进一步阐述不同结构在运行波形上的差异。通过分析各结构的特性,为中压直流电网在船舶上的应用提供参考。

舰船中压直流电网动力供电稳定性控制研究

针对舰船中压直流电网控制难度高、耦合性强,且易受舰船大功率用电负载随机性、间歇性变化而导致电压深度跌落、电网频率剧烈波动,严重影响直流电网稳定性及整个系统的电能品质,为此提出采用飞轮储能系统来对直流电网进行功率调节以提高电网的抗干扰能力、减缓直流电网电压凹陷程度。首先,为了增加飞轮系统放电功率极限同时保证输出直流电压的稳定采用综合优化弱磁控制策略,并提出以直流电压平方为直接控制量的控制方法优化整流器控制,增加直流母线电压的响应速度及稳定性。最后利用仿真软件分析了飞轮储能系统对直流电网暂态电压凹陷程度、电网频率补偿效果,结果表明:飞轮储能系统对直流电网电压凹陷具有显著的补偿效果,能够增加电网频率稳定性,可提高直流电网的抗扰性能。

基于模块化多电平变换器的无电容设计型船舶中压直流电网控制与故障保护

船舶直流电网中通常存在大容量的电容,不仅占用空间,而且在直流侧短路故障时产生巨大的放电电流,不利于故障保护,针对此问题,本文提出了一种无电容器设计的船舶中压直流电网结构,以避免直流侧短路时的电容放电过程。与常规直流电网不同的是,该电网电压存在较大波动,为了避免其对负载及变换器调制的影响,所提出的直流电网采用模块化多电平变换器作为接口变换器,实现DC/DC,DC/AC等变换。本文针对直流侧无电容后,增大的电压谐波对变换器的影响进行了分析,对模块化多电平变换器直流侧电压控制提出两种解决方法,并针对所提出的电网结构,分析了故障情况下的特征识别和协同操作的保护策略。最后通过PLECS仿真与实验数据验证了所提电网拓扑与模块化多电平变换器控制方法的正确性。

面向中压直流配电网的光伏发电接入技术综述与分析

未来智能电网中,以光伏为代表的大容量新能源接入中压直流配电网,是重要的能源汇集技术发展路径。近年来光伏发电接入交流电网和低压直流电网的研究已有丰富成果,相关技术日臻成熟,然而针对光伏发电接入中压直流电网的研究仍然较少。深入调研了中压直流配电网的发展趋势与需求,并系统全面地分析了已有的光伏发电接入低压直流电网技术,包括第一级变换和第二级变换的电路拓扑和控制策略。在对各类技术方案进行比较分析的基础上,指明了可行的大容量光伏发电接入中压直流配电网解决方案:第一级采用差分功率处理电路,第二级采用隔离型DC/DC变换器输入串联输出并联(input-parallel-output-series,IPOS)架构。论文工作可为未来接入中压直流配电网的光伏直流汇集系统开发提供参考。

新型混合型限流熔断器在舰船综合电力系统中的应用分析

采用中压直流电网输配电是舰船综合电力系统的重点发展方向,但中压直流开关的分断能力不足成为中压直流电网发展的一个重要制约。本文提出在合理位置加装电弧触发式混合型限流熔断器(ATH-CLF)来限制中压直流电网短路电流的方法来解决这一问题。首先以IEEE Std 1709-2010推荐的一种舰船中压直流电网为例,建立了该电网的EMTP仿真模型和ATH-CLF的EMTP仿真模型,计算了有无ATH-CLF以及ATH-CLF安装在不同位置时各典型位置发生短路的电网短路电流及母线电压跌落。分析表明,合理的ATH-CLF加装方案可有效降低短路电流水平,并可使非故障区域的母线电压跌落在10 ms之内恢复。