考虑Chopper保护的双馈电机短路电流计算

直流母线串入直流卸荷电路(Chopper)保护是双馈风力发电机(double fed induction generators,DFIG)常用的保护措施。Chopper保护动作对DFIG的暂态过程及其暂态短路电流有着重要影响,为此,该文针对Chopper启动后的双馈风力发电系统暂态过程建立含Chopper保护元件的暂态等值电路,通过分析Chopper保护投入后DFIG磁链、电压的变化,推导出DFIG三相短路电流最大值以及周期分量有效值的计算模型。最后对比PSCAD/EMTDC的仿真结果,验证了文中建立的三相短路电流计算模型的准确性。

基于混合型Chopper电路的MMC-UPFC故障渡越方案

当交流系统发生短路时,基于模块化多电平控制器的统一潮流控制器(MMC-UPFC)串、并联侧MMC均会受到故障冲击,存在两侧换流器过流闭锁,MMC-UPFC完全退出运行的风险。对此,以交流系统发生最严重的三相短路故障为例,分析了MMC-UPFC串、并联侧MMC故障特性;在此基础上,借鉴风电场交流故障渡越的Chopper电路,并结合MMC-UPFC不同运行方式对故障特性的影响,提出了基于混合型Chopper电路的MMC-UPFC故障渡越方案。该方案能够在交流系统发生故障后隔离并联侧MMC与串联侧MMC之间的联系,从而抑制串联侧馈入并联侧MMC的故障电流。仿真结果表明在MMC-UPFC的不同运行方式下,所提方案均能避免故障后并联侧MMC闭锁,MMC-UPFC将切换至静止同步补偿器(STATCOM)工作模式,为交流系统提供无功功率支撑。

Crowbar和Chopper保护对双馈风机低电压穿越的影响分析

针对在电网低电压故障期间,双馈风力发电机因硬件保护出现离网问题,研究基于Crowbar阻值和增加Chopper保护电路对DFIG的影响。首先,在转子交流侧采用主动型Crowbar电路,可保护转子侧变流器减少暂态冲击电流的影响,直流侧配备卸荷(Chopper)电路,可在暂态过程中维持直流侧电压稳定;其次,在分析电网电压跌落过程中双馈风机的暂态特性基础上,采用基于定子电网电压定向的控制策略,合理的选取Crowbar阻值范围,并分析Crowbar和Chopper投切时刻对双馈风力发电机安全低穿的影响,在MATLAB/Simulink仿真平台中建立1.5 MW双馈风力发电机组模型,验证了Crowbar和Chopper保护电路的有效性。

考虑Chopper动作的双馈风电机组三相短路电流分析

直流母线并接直流卸荷电路(Chopper)以保护转子侧变频器(RSC)是一种较常用的双馈风电机组低电压穿越改造方案。目前对称故障下双馈风电机组短路电流特性研究以故障后投入撬棒(Crowbar)电阻为主,Chopper动作下双馈风电机组短路电流特性研究几乎没有,故而难以分析其作用下双馈风电机组短路电流特性对系统中保护动作可靠性和设备安全的影响。类比双馈风电机组故障后投入Crowbar电阻的分析思路——转子回路串入电阻,通过分析对称故障后Chopper动作下的转子电流回路,将被闭锁的RSC和Chopper等效为可变电阻,分析了该等效电阻阻值随电压跌落程度和故障前转差率的变化规律。根据故障后双馈感应发电机的磁链、电压关系,通过数学解析得到Chopper动作下对称短路电流解析表达式。在MATLAB/Simulink中搭建配置Chopper的双馈风电机组模型,仿真验证了该表达式的有效性。

含chopper电路的直驱风机响应电网短路的运行特性分析

为了分析电网短路时的直驱风电机组运行特性,从数学模型入手,研究了风轮机最大风能追踪控制策略,以及交直交变频器机侧的有功无功解耦控制策略和网侧的电压定向控制策略。为了满足风电机组的低电压穿越要求,采用了直流电容chooper保护电路。电网短路故障时,chooper回路中的卸能电阻能很大程度地消耗短路冲击带来的能量,从而维持直流电容电压稳定。同时参考电流限值器也限制了短路冲击对网侧变频器的影响。在empt-rv中搭建了直驱风机模型,分析了电网三相短路导致并网电压跌落到0.2以下时风电机组的运行特性。仿真结果验证了所采取的控制策略正确性,以及直流电容chooper保护电路的有效性。研究结果对直驱风机并网运行以及电网短路对风机运行特性的影响提供了依据。

基于智能卸荷电路的双馈风电机组故障穿越控制

双馈风电机组并网比例不断提高,加剧了电网遭遇外部故障导致规模化脱网问题。文章介绍了现有风机故障穿越控制方案的原理,考虑到频繁投切直流卸荷电路电阻易引起电压波形畸变、超级电容器控制方案成本过高等问题,提出了基于智能卸荷电路的双馈风电机组故障穿越控制方案。该方案将卸荷电阻通过DC/DC变换器与直流母线相连,在控制电路中引入有功功率-直流母线电压的下垂控制环节,实现故障期间电路电阻吸收功率的动态调节,同时设置高、低电压穿越两种模式,根据并网点电压变化情况自主启动。最后,在Matlab/Simulink中对智能卸荷电路控制策略进行验证。仿真结果表明,基于智能卸荷电路的风电机组故障穿越控制策略在直流母线电压抑制、电压恢复所需时间、转子电流畸变程度和方案经济成本等方面具有优势。

燃料电池用三相DC/DC超高频正弦波电压输出逆变器控制策略研究

传统超高速永磁同步电机驱动器采用PWM等效正弦电压输出,谐波较大,导致电机发热严重,并且其无法用于燃料电池等输入电压大范围变化的场合。为减少电机发热量,进一步拓展其应用场景,提出了一种基于三相DC/DC变换器的新型正弦波电压输出逆变器,通过建立逆变器的控制策略的数学模型,驱动了一台120 kr/min的超高速永磁同步电机。实验结果表明,三相正弦波电压输出逆变器输出电压谐波低于传统逆变器,在高转速工况下减少了电机发热量,具有实际工程应用价值。

基于斩波稳定技术的可编程增益放大器

为满足模拟前端检测电路的低噪声、低失调的要求,介绍一种采用0.18μm CMOS工艺制作的基于斩波稳定技术的可编程增益放大器。采用斩波稳定技术降低失调与低频1/f噪声,利用可编程增益级提高模拟前端电路输出摆幅的利用率,以满足不同环境下的检测需求。该款放大器从1 Hz到10 kHz的等效输入噪声积分值为1.43μV,使用阻抗增强电路实现4.52 GΩ的运放输入阻抗;采用C-2C电容阵列作为可变电容阵列,可实现0~15倍最小步长1/64倍的增益调节,对于需要精细化调节增益的低噪声电路有广泛的应用场景。

轨道交通牵引系统感应电压测试与抑制技术

为了解决轨道交通列车牵引系统对轨道电路的感应干扰问题,文章深入分析了列车牵引系统基于感应耦合对轨道电路产生的干扰作用机制,根据地铁直流牵引系统的真实布局布线首次在国内实验室搭建了一套1:1还原的牵引系统感应电压测试平台,通过在实验室静态条件下模拟车辆牵引系统对轨道电路接收端产生的瞬态感应干扰,研究了牵引系统在不同运行工况以及与轨道电路在不同相对位置条件下,各种干扰部件及耦合环路对轨道电路产生的感应电压水平,确定了电阻制动时直流斩波器与制动电阻所形成的耦合回路是地铁直流牵引系统对地面轨道电路系统的最大感应干扰源。通过分析牵引系统感应发射频谱特性与斩波IGBT开关频率的关系,采用频谱管理的方法对牵引系统感应发射特征频率进行重新分配,进而错开轨道电路的工作敏感频段。试验结果表明,这种感应干扰抑制策略可有效降低车辆牵引系统对轨道电路造成的感应干扰风险。

双馈感应风力发电系统低电压穿越控制策略研究及其分析

基于双馈感应发电机(DFIG)风力发电系统模型,通过分析电网电压跌落情况下的各种运行状况,提出在电网严重故障期间,采用Active Crowbar电路和直流侧卸荷电路保护变流器和避免直流侧电压过压。在电网故障恢复期间,Crowbar电路的再次投入使得系统无功需求增大。并在网侧变流器的功率容量范围内,提出一种网侧变流器无功功率的控制策略来实现对电网无功支持,以助于电网故障恢复以及加快机端电压恢复。基于PSCAD/EMTDC平台建立了仿真系统模型并验证了该控制策略的有效性。该控制策略满足了风电机组并网的低电压穿越,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。

地铁车辆辅助逆变电源分析研究

分析直接逆变方式、斩波降压逆变方式、两重斩波降压逆变方式地铁车辆辅助逆变电源的电路结构方案。结合北京"复八线"地铁车辆进口辅助逆变电源的技术条件,介绍DC750V国产化地铁车辆辅助逆变电源的研制方案和主要技术特点。给出方案的试验波形。

考虑风力发电的配电网弱馈线路自适应电流保护

风力发电接入配电网后,配电线路的潮流及故障电流特征发生了改变,风力发电机故障后由于撬棒电路的投入导致风机的正、负序阻抗不再相等,使得以电源正、负序阻抗相等为前提的电流保护整定方案失去合理依据。通过对含风力发电的配电网弱馈线路不同位置发生两相相间短路和三相短路的故障特性进行研究,结合自适应保护的实时在线整定功能,引入含风力发电的电流Ⅰ段和Ⅱ段保护整定修正系数,改善了传统配电网电流保护的性能。最后,通过对含有风力发电的配电网弱馈线路进行仿真,验证了所提保护方案的有效性。

一种优化的光伏全局最大功率点追踪方法

当前的光伏最大功率点追踪技术存在以下不足:在局部阴影工况下,易陷入局部功率峰值;在负载波动时,系统容易出现振荡甚至失稳。针对上述问题,提出一种自适应的光伏全局最大功率点追踪设计方案。该方案将光伏输出端电压-功率扫描电路与Zeta斩波电路有机结合,通过单开关管的简单电路拓扑,既可实现光伏输出端电压−功率特性快速扫描,定位全局最大功率点位置,又能根据后级电路需要,实现升降压斩波直流调节。在光照等输入或负载发生突变后,所述系统均能进行开关管占空比自适应调整,确保稳定工作在全局最大功率点附近,避免出现大幅振荡与失稳。经过PSCAD-EMTCD仿真与样机实验验证,结果表明该方案能在包括局部阴影等各种复杂工况下自适应地快速追踪与锁定当前光伏全局最大功率点。

基于卸荷电路和无功优先控制的永磁同步风力发电机组低电压穿越研究

为了改善2 MW二极管中点箝位式双三电平变流器直驱式永磁同步风力机组(PMSG)的低电压穿越(LVRT)性能,提出了新的稳态时单位功率因数控制、电网暂态故障时无功优先、有功受限复合控制策略。采用定量模拟的方法,对电网电压深度跌落时采用卸荷电路和改进控制策略实现风电机组低电压穿越进行了仿真研究。结合现场运行数据对内蒙古某风场永磁直驱式风电机组主要参数进行了数据处理和分析,并依据最新的风电场接入电力系统技术规定标准对该机组进行了低电压穿越现场测试。结果表明,卸荷电路和改进无功优先控制方式均可实现直驱式风电系统的低电压穿越运行,有功、无功的动态解耦和直流母线电压稳定控制,向电网发出友好型清洁电能。后者可向电网提供360 k VA的稳定无功支持,更有利于辅助电网电压的恢复和提升机组的低电压穿越能力。

基于磁通负反馈结构的高灵敏度感应式磁场传感器研制

感应式磁场传感器广泛应用于地球物理电磁勘探仪器,但也是阻碍我国地球物理电磁勘探仪器装备研发和推广应用的瓶颈技术.在我国SinoProbe计划中"地面电磁探测(SEP)系统"项目支持下,我们研制出用于大地电磁测深(the Magnetotellurics MT)方法的高灵敏度磁场传感器.研制过程中,采用磁通负反馈技术,增强传感器系统工作稳定性;采用斩波稳零放大电路技术,有效降低低频1/f噪声对传感器灵敏度的影响;采用高磁导率合金材料,增加磁场传感器的灵敏度.最终,MT磁场传感器工作频率范围为1 mHz^1kHz,噪声水平0.1Hz时为1.5pT/Hz;1Hz时为0.15pT/Hz;10Hz时为0.03pT/Hz;长度96cm,重量≤6kg.理论和测试结果表明:与同类产品比较,本文研制的感应式磁场传感器在≥10Hz时,平均噪声水平从150fT/Hz,下降至30fT/Hz,噪声水平更优,测量精度更高,能够更好地满足MT方法的需求.

一种零电压零电流转移斩波电路

为实现一种结构简单,高效,高频,低电压应力,简单控制的软开关升压变换器,提出一种零电压零电流转移斩波电路,并以其在Boost变换器的应用为例分析了其工作原理、软开关实现条件以及该电路的设计方法。仿真和实验结果表明:通过采用两条辅助谐振网络实现了主、辅开关管的软开关;主开关管实现了零电压关断,开关管电压电流应力小;辅助开关管实现了零电流通断,特别适用于以IGBT作为开关器件的高电压大功率场合。该软开关设计思想可以推广到其它的基本斩波电路中。

提高直驱永磁风机低电压穿越能力的控制策略

为提高直驱风电机组低电压穿越能力和改善故障穿越后风电机组的稳定运行能力,提出了一种基于变阻值和变功率因数无功控制的直驱风电机组低电压穿越综合控制策略(the comprehensive control strategy,CCS)。在直流侧采用IGBT与变阻值卸荷电阻串联构成变阻值卸荷电路,且在长时故障时引入磁控型动态无功补偿装置进行无功补偿,根据实际电压值与预设电压阈值的比较结果动态投切卸荷电路。在网侧根据电压跌落程度所处的阶梯范围,动态调整直驱风电机组发出的无功功率。在PSCAD/EMTDC中搭建了直驱风电场的仿真模型,应用某实际运行的1.5 MW直驱风机参数,在卸荷电阻值、无功功率因数分别不同时仿真验证了该控制策略的有效性。结果表明:该控制策略不仅能够提升机组的LVRT能力,而且可以改善故障穿越结束后机组的稳定运行特性。

电励磁风力发电机组励磁控制

针对电励磁同步电机与永磁同步电机相比具有励磁可调这一特性,提出在变转速工作情况下以定子电压作为控制目标的励磁控制方案,通过锁相环得到定子电压有效值以及转速,利用PI调节控制定子电压跟踪给定值。并结合电励磁同步风力发电机组的结构特点,设计了一套基于斩波电路的励磁控制器,该励磁控制器由直流母线提供稳定直流电压,省去外接励磁电源,且无需额外的灭磁装置即可实现自动灭磁。在Matlab软件平台中对所提控制算法和结构进行了仿真,并在1.5MW机组上进行验证。仿真和实验结果表明该励磁控制方案简单可靠,具有较高的快速响应能力和良好的稳态控制效果。

一种基于混合斩波电路的蓄电池组高速能量均衡器的研究

提出一种基于混合斩波电路的蓄电池组高速能量均衡器,这种独特的电路结构使得均衡器性能优异,通过不同的斩波电路能够分别实现电池组充电状态、放电状态和静置状态下的充电能量均衡、放电能量均衡和静置能量均衡。为了提高均衡速度和有效快速地提高电池组的充、放电容量,电池组不同的工作状态采用不同的能量均衡策略,均衡电流连续、可控性强,均衡电路易控、易实现。本文详细分析了该能量均衡器的均衡策略、工作原理,并搭建实验平台对串联的磷酸铁锂电池进行充、放电均衡实验,均衡实验结果证明该能量均衡器的有效性。

基于RC阻容吸收的串联IGCT动态均压研究

为了研究串联IGCT关断时暂态特性,建立了串联IGCT的关断电流数学模型,该模型考虑了所串联的同一型号半导体开关器件物理特性存在的细微差异。基于此模型,提出了用微分方程研究串联IGCT电路关断的均压特性的思路。为验证该思路的有效性,建立了基于串联IGCT斩波电路的关断暂态模型,该模型充分考虑了IGCT阻容吸收回路、线路杂散电感对IGCT关断暂态过电压的影响。数值仿真及试验结果表明,该模型能较好地反映串联IGCT关断的均压情况。