低压直流微电网新型主动限流器及控制策略

低压直流微电网中直流母线发生短路故障后,现有的被动式保护措施难以有效保护电力电子装置,并且当计及直流线路电感与变流器直流母线侧电容时,常规主动限流器会出现限流电感电流振荡的特性。详细分析了该电流振荡特性产生的机理,探究了系统参数变化对限流电感电流振荡峰值的影响。并提出了一种新型主动限流器拓扑结构及控制策略,该拓扑结构通过增加能量耗散支路,在限流器直流母线侧电容电压产生负压时导通,以此耗散能量,解决了电感电流振荡的问题。通过仿真与实验,验证了所提新型主动限流器对电感电流振荡特性抑制的有效性,且在不同工况下具有良好的鲁棒性。

基于级联型扩张状态观测器的直流微电网低压负载接口变换器自抗扰稳压研究

直流微电网负载侧供压稳定是实现新能源电力高水平消纳的重要前提。为维持低压负载侧电压稳定,利用级联型扩张状态观测器提高扰动的估计重构精度与速度,将二阶自抗扰控制技术引入低压侧稳压控制。首先,在考虑扰动存在的低压接口变换器动态模型基础上实现对于稳压控制策略的系统设计。之后,在时域上分析级联型扩张状态观测器对于扰动重估精度的提升效果,利用线性等效框架在复频域上分析系统对于总扰动的抑制性能,以及系统模型不确定下对于动态性能的影响。此外,将Lyapunov理论运用于分析所提稳压控制策略的稳定性,表明该系统在工程上稳定。最后仿真实验验证了所提出稳压策略的正确性与有效性,且对于扰动具有较好的抑制性。

基于FPGA的新能源低压直流配电系统暂态实时仿真研究

对新能源低压直流配电系统开展暂态实时仿真研究对优化其运行控制具有重要作用。由于现场可编程门阵列(FPGA)内部集成了大量具有不同功能的电路,FPGA正成为电力系统暂态实时仿真领域主要的计算载体之一。该文面向新能源低压直流配电系统的暂态实时仿真需求,开发了一种基于FPGA的包含小型分布式风力发电、光伏发电以及蓄电池储能单元的新能源低压直流配电系统暂态实时仿真器。首先,研究构建了分布式发电单元和典型控制回路的计算模块,利用FPGA的并行计算特性并结合“算法-结构-有效匹配(AAA)”理念建立了底层模块串并联混合求解结构;然后,在节点分析法的框架下,建立了一种结合矩阵LDU分解和有向无环图(DAG)的电气系统节点电导矩阵并行求解方法;最后,在建立电气系统与控制系统并行求解架构的基础上,开发了一种基于FPGA的新能源低压直流配电系统暂态实时仿真器,通过将其仿真结果与PSCAD/EMTDC离线仿真平台的计算结果进行对比,验证了所开发暂态实时仿真器的有效性和准确性。

低压直流串联故障电弧研究综述

直流串联故障电弧发生时隐蔽性较高、检测难度大,是低压直流系统发生火灾的重要原因。主要从低压直流串联故障电弧模型、电弧特征及其检测方法、检测标准及装置等3个方面进行综述。基于电弧仿真模型了解电弧演化过程,分析常用故障电弧模型的原理、适用范围和局限性;基于故障电弧的物理、电气信号特征构建及检测方法,阐述不同特征检测方法的优缺点;最后对直流串联故障电弧相关标准进行解读,并讨论试验平台及产品的研究现状和不足,展望未来低压直流故障电弧相关领域的研究方向。

自触型低压混合式直流断路器系统设计与开断特性研究

低压混合式直流断路器具有低功耗、高开断性能、选择性保护等优点,能更好地满足光伏和储能系统以及零碳建筑等应用需求。该文提出一种自触型低压混合式直流开关拓扑,首先通过对混合式断路器工作原理分析,建立基于电弧供能、驱动的机电系统耦合设计方法,该方法利用电弧能量为电子电路供能,并将电弧电压作为换流支路导通的控制信号,从而实现短路故障下系统的自动触发,并提出核心功能模块设计的理论依据。在此基础上,研制低压混合式断路器样机并验证设计方案的有效性,并对比分析不同因素对开断特性的影响规律。试验表明,相较于传统机械开关,小电流开断时间缩短85.4%、电弧能量减少94.1%,提升了断路器电气寿命,同时实现1.1 kA短路电流开断,发现系统总体响应时间与燃弧初期电压上升速率成正相关,电弧电导、支路寄生电感增大均会延长换流时间,电弧重燃概率则主要受外部系统参数影响。结果可为低压直流混合式断路器的优化设计和性能提升提供一定参考。

新一代低压直流供用电系统多工作模式下能量协调控制策略

新一代低压直流供用电系统(low voltage direct current supply and utilization system,LVDCSUS)强调了可再生能源的消纳以及直流用户侧电能产–销–储–用之间的协调统一,为推动直流用户侧灵活参与电力系统运行提供了全新思路。开展LVDCSUS用户侧电能的使用与生产相结合的研究,可有效挖掘直流用户侧的多元化电能资源灵活供给能力,为此该文首先依据LVDCSUS系统能量平衡关系将系统划分为全直流运行、余电上网运行、交流支撑运行3种运行模式;进而给出各模式下满足直流母线电压稳定、储能荷电状态均衡、灵活性电力资源利用三方面整体要求的协调策略;最后建立了多运行模式切换规则,实现通过切换多种运行模式改变能量协调控制策略,使LVDCSUS在稳定运行状态下主动参与电力系统能量互动。仿真结果验证了LVDCSUS多运行模式控制策略的有效性和可靠性。

低压直流固态断路器分断特性优化方法研究

为提高在直流系统发生短路故障时固态断路器(SSCB)的分断能力,提出一种考虑分断特性的低压直流固态断路器参数多目标优化方法。首先对短路故障时SSCB的分断流程进行详细分析,通过理论与仿真确定了限流电感LB和金属氧化物压敏电阻的限电压能力系数γ对分断特性的影响。以分断特性为基础,建立了SSCB的分断冲击性能指标、分断时间指标、能量吸收指标三个优化目标函数,通过多目标粒子群算法对目标函数进行优化,采用结合决策者偏好的逼近于理想解的排序方法对优化方案进行决策。优化结果表明,在各种决策者偏好下的优化方案,其优化设计后的元件参数LB和γ均能显著提高SSCB的分断性能。

低压直流系统高频振荡问题的降阶建模及控制参数设计

电压源型变流器、直流线路和恒功率负荷之间相互影响会导致低压直流系统出现高频振荡失稳问题。为此,建立了适用于系统高频振荡建模分析的统一化降阶模型,并从统一化降阶模型角度解释了系统高频振荡失稳原因。在此基础上,提出了一种能够抑制高频振荡的控制参数可行域分析方法。该可行域不仅能够直观呈现系统在不同控制参数下的低频稳定区域和高频失稳区域,还能在稳定区域详细显示系统级动态特性(振荡频率和阻尼比)的定制化设计曲线。最后,利用PLECS软件搭建了低压直流系统的仿真算例,多组仿真时域结果均验证了统一化降阶模型及控制参数可行域的有效性。

新型电力系统下低压直流配网的接地故障保护方法

电力系统低碳转型,构建安全高效和灵活可靠的配电网为基础的新型电力系统将对我国“碳达峰、碳中和”目标的实现起到关键作用。文中以低压直流(low voltage direct current,LVDC)配网系统为研究对象,针对配电网低压侧的接地故障问题,提出了一种采用IGBT构造投切旁路的人体保护方法。文中建立接地故障等效模型并进行理论分析,通过故障阈值识别判据产生保护人体的投切旁路信号,并对不同类型的接地故障进行区分,考虑多支路故障情况对旁路投切保护判据的影响,将故障值范围进行划分,进一步提出了旁路投切的分级保护方案,搭建实物模型对保护方法进行验证。实验结果表明所提保护方法能保护人体安全,具有灵敏性好,安全可控的优点,能显著提高配网系统的运行稳定性。

基于建筑节能的低压直流供电方法研究

为实现建筑节能减耗目标,进一步提高建筑节能效果,本文对建筑低压直流供电技术进行了研究,首先论述了低压直流供电技术的发展情况,其次以某建筑示范工程为例,探讨了建筑低压直流供电方法,最后以低压直流供电技术为基础构建了低压直流供电系统,实现了建筑高效率、大功率和多端口直流用电设备电压等级的输出,可以为建筑楼宇和工业系统提供安全、稳定的电源,满足用户用电需求。

生态景观低压直流水泵配电设计研究

在现代社会中,低压直流水泵在生态景观领域发挥着重要作用。生态景观的设计旨在创造一个自然宜人的环境,水泵作为供水资源的一种方式,其配电设计对于保证景观作为供水方式的正常运行和维护至关重要。但是,目前仍然存在一些问题和挑战,例如高能耗、环境影响等。因此,有必要对生态景观中低压直流水泵的配电系统进行深入的研究和探讨。

基于磁流体动力学的无极性低压直流断路器电弧仿真及性能优化

针对传统低压直流断路器,电流反向时磁场单向会导致其灭弧能力减弱的问题,建立基于COMSOL无极性低压直流断路器电弧仿真模型。分析在电流反向下无极性低压直流断路器的电弧运动,研究磁场和电流对无极性低压直流断路器灭弧能力的影响。仿真结果表明,无极性低压直流断路器可以消除电流反向对电弧运动的阻碍作用,并在240 mT和16 A下灭弧能力最强。仿真结果和实验结果相吻合,无极性低压直流断路器的灭弧能力在恰当的磁场灭弧能力最强,电流越小灭弧能力最强,变化规律与试验结果一致。

对一款低压直流控制器辐射发射超标的整改措施

针对低压直流控制器辐射发射超标的问题,从测试数据分析、干扰源定位等方面详细介绍了超标的分析过程,提出了辐射发射超标的整改方向和整改思路。

光伏建筑项目低压直流供电电气节能设计

本文设计了新型的低压直流供电系统,并和其他传统并网光伏链架构的能效性能进行比较。在所设计的微电网中考虑了光伏电源,设计的光伏链结构允许产生的能量供给负载运行较短的路径,并引入相对节能(RSE)的概念来比较新型光伏系统的能源性能。获得的结果表明,使用低压直流电源概念意义重大,并且当局部产生光伏电能时,使用直流负载而非交流负载更有效。建筑物中安装的光伏电源的大小应与消耗的功率有关,以便记录高系统RSE,实验表明新型低压直流架构的效率比传统架构高出10%。

低压直流供电系统电气设备电击风险评估方法

本文介绍了在低压直流电力系统中常用的几种常用危险参数,并对其进行了风险评价。其次,引入评价模型中关键的两个关键参数,即:根据室颤电流幅值和时长决定的关键参数S,采用布尔函数来表征暴露系数Fe和发生系数Fh。除以上两个因素外,其它因素(如人为)也是低压直流电力系统中普遍存在的危险因素,也是建立危险评价模型的关键。本文对有关参数的选择、组合及影响因素作了详尽的剖析,以作为借鉴。

农村电网低压直流配电系统研究

现如今,正值能源变革,农村经济快速发展,乡村配电网电能供求矛盾突出,但是乡村又蕴藏着大量太阳能光伏能源和其他分布式清洁能源。如何能够高效地利用这些能源,改善农村电能紧张局面,需要根据需求进行研究。由于分布式能源大多带有直流属性,因此可采用低压直流配电系统建设新能源。采用电力电子自适应控制技术并结合实际需求合理设计蓄电容量,仔细研究直流配电系统的网络拓扑和工作流程,对实际系统运行中出现的实际问题从标准、性价比及负荷等方面提出相应对策。文章分析了低压直流电网应用与农村的特性,并提出了一种农村低压直流配电系统整体方案。

基于直流融冰技术的低压电力线路融冰参数计算

低压电力线路覆冰已成为国内电力系统面临的最严重的自然灾害之一,因此研制有效的融冰方法极为关键。文章提出直流融冰技术,阐述低压电力线路融冰特点,建立了低压电力线路融冰的参数计算模型,并给出低压电力线路融冰参数计算结果。结果表明,直流融冰技术在低压电力线路融冰中具有显著效果。

面向低压配电网络的柔性直流输电与新能源接入协调控制策略

为提升新能源接入后低压配电网络的运行安全,依据多端柔性直流输电系统,构建多端柔性直流输电系统换流站,分析该网络影响协调控制的主要因素,并且采用改进下垂控制的方法实现协调控制;同时依据控制结果调整直流换流站有功控制裕度,优化协调效果。测试结果显示:该控制策略具备较好的控制效果,综合灵敏度结果均在0.937以上。

基于多模式柔性互联的交直流低压配电网优化调度

利用柔性互联装置对配电网进行改造,可实现源-网-荷-储柔性高效互动,解决分布式电源大量接入带来的负载不均衡和电能质量问题。针对低压台区柔性互联,提出了基于多模式柔性互联的交直流低压配电网优化调度模型。首先,考虑背靠背和交直流混联的低压柔性互联装置组网方式,建立柔性互联装置和光-储-充-荷元件的低压模型。然后,基于低压模型,以多层级负载不均衡度、网损、运营成本为优化目标,提出了基于多模式柔性互联的交直流低压配电网优化调度模型,并采用凸优化理论对模型进行凸化和线性化,调用Gurobi求解器得到模型的全局最优解。最后,通过交直流混合低压配电网算例验证了所提模型和求解算法的有效性。

基于Pearson相关系数与广义S变换的低压直流微电网的故障选线方法

针对低压直流微电网线路的故障选线方法的研究有限,提出一种基于Pearson相关系数与广义S变换的故障选线方法。首先,介绍了低压直流微电网的一般组成。在此基础上,研究了低压直流微电网的单极故障以及极间故障的故障特征,提出选线方法,对各线路正负极首末端电流差进行Pearson相关系数计算来确定故障线路。然后对所选故障线路正负线路首端的电流量进行广义S变换,计算出其能量和的比值判别故障极性或者极间故障。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建出低压直流微电网模型以输出各线路电流数据,并利用Matlab对数据进行仿真。结果表明,所提选线方法直接有效,且耐受过渡电阻的能力较强。