Study on Earth Surface Potential and DC Current Distribution around DC Grounding Electrode

DC magnetic biasing problem,caused by the DC grounding electrode, threatened the safe operation of AC power grid. In this paper, the characteristics of the soil stratification near DC grounding electrode was researched. The AC-DC interconnected large-scale system model under the monopole operation mode was established. The earth surface potential and DC current distribution in various stations under the different surface thickness was calculated. Some useful conclusions are drawn from the analyzed results.

High Frequency Transformers for DC/DC Converter Used in Solar PV System

This paper presents and investigates planar and coaxial high frequency power transformers used for DC/DC converters in a three phase photo voltaic （PV） power systems. The winding structure including a Faraday shield between the primary and secondary windings is designed to minimize eddy current losses, skin and proximity effects, and to reduce the leakage inductance, and the inter winding coupling capacitance. Finite Element Method is employed to analyze the magnetic flux and eddy current distributions. The two different kinds of prototype high frequency transformers are designed and tested. The simulation and experiment results are demonstrated and compared with non-shielded transformers. The shielded transformers have achieved the expected results with a relatively small coupling capacitance, compared with the conventional high frequency transformer. This shield decreases the inter-winding coupling capacitance Cps. The topology of this shield has to be such that it acts as a Faraday screen while avoiding eddy current generation.

Fault Current and Voltage Estimation Method in Symmetrical Monopolar MMC-based DC Grids

Symmetrical monopolar configuration is the prevailing scheme configuration for modular multilevel converter based high-voltage direct current(MMC-HVDC) links, in which severe DC overvoltage or overcurrent can be caused by the DC faults. To deal with the possible asymmetry in the DC faults and the coupling effects of the DC lines, this paper analyzes the DC fault characteristics based on the phase-mode transformation. First, the DC grid is decomposed into the common-mode and the differential-mode networks. The equivalent models of the MMCs and DC lines in the two networks are derived, respectively. Then, based on the state matrices, a unified numerical calculation method for the fault voltages and currents at the DC side is proposed. Compared with the time-domain simulations performed on PSCAD/EMTDC, the accuracy of the proposed method is validated. Last, the system parameter analysis shows that the grounding parameters play an important role in reducing the severity of the pole-to-ground faults, whereas the coupling effects of the DC lines should be considered when calculating the DC fault currents associated with the pole-to-pole faults.

基于SRDAB DC-DC变换器的直流变压器控制

采用当前方法对DC-DC变换器的直流变压器进行控制时,控制效率低、抗扰性差、损耗检测误差大。为解决存在的问题,提出一种基于SRDAB DC-DC变换器的直流变压器控制方法。通过分析基于串联谐振型双主动全桥(SRDAB)的DC-DC变换器在运行过程中产生的半导体器件暂态损耗、半导体器件通态损耗、变压器一般损耗等各类损耗,以此计算变换器在工作过程中的总损耗。将损耗最小作为目标,建立变换器的直流变压器控制模型,并设置相关约束条件,采用遗传算法对直流变压器控制模型进行求解,完成直流变压器的控制。实验结果表明,所提方法效率高、抗扰性好、损耗检测误差小,实际应用效果好。

固态变压器中隔离双向DC/DC变换器扩展移相下虚拟电流控制策略

该文以固态变压器后级隔离双向DC/DC变换器为重点研究对象,提出一种扩展移相下虚拟电流控制策略。通过分析后级变换器在扩展移相传输功率下相移量关系以获得最小电流应力最优解来提高变换器的传输效率,减少器件损耗。同时通过虚拟电流控制思想在线估算传输功率来提高系统动态响应性能,减少电流传感器使用。最后,对该文所提出的扩展移相下虚拟电流控制与扩展移相控制进行实验对比分析,验证了扩展移相下虚拟电流控制策略具有降低电流应力,显著提高变换器的动态响应的优点。

基于单片机的AC-DC变换电路设计

传统的AC-DC变换电路由于要通过高频变压器来实现电压变换,存在效率较低、电源的波纹很难降低等问题。因此,设计一种以单片机为核心控制器件的新型单相AC-DC变换电路。单相AC-DC变换电路设计结合BOOST开关器、输入负反馈和脉冲宽度调制,采用单片机辅助控制相结合的方式实现闭环控制,保证输出的稳定和高效。该电路包括全波桥式整流电路、BOOST开关器、电压反馈电路、电流采样电路和功率因数测量电路,通过负反馈控制UC3845芯片来改变PWM控制信号,从而调整BOOST开关器开关的通断,使输出电压稳定在36 V。单相AC-DC变换电路具有PFC功能,可通过LCD将实时的PF值进行检测,显示输出电流、输出电压、功率因数等数据。另外,在输出端设计了过流保护报警功能,该设计选取STC51单片机系列中的89C52RC芯片作为控制核心,结合电流电压检测共同来实现。实验结果表明,实测负载调整率为0.28%,电压调整率为0.28%,功率因数为0.91,说明所设计电路优于传统的AC-DC变换电路,具有转换率高的特点。

Over Voltage Fault due to Disconnection of Consumer’s Transformer Neutral Wire

Practically,the load currents in three phases are asymmetric in the power system.It means that the impedances are different in all three phases.If the consumer’s transformer neutral cut off and/or was disconnected from the neutral of power supply source,then there will be some trouble and failure occurred.The current in the neutral wire drops down to zero when the neutral wire is cut off and the phase currents of all three-phase equal to each other since there was no return wire.The currents are equal but the voltages at the phase consumers are different.Especially for residential single-phase consumers,the voltage at the consumers of the phase varies differently for three phase systems when the neutral wire was disconnected at consumer side and even the voltage at the consumers one or two of those three phases becomes over nominal voltage or reaches nearly line voltage.In this case,the electronic appliances in that phase will be fed by high voltage than the rated value and they can be broken down.In the power system of UB(Ulaanbaatar)city,there are some occasional such kind of failures every year.Obviously,many electronic appliances were broken down due to high voltage and the electricity utility companies respond for service charge of damaged parts.

“光储直柔”建筑配电系统应用研究

以某项目为例分析“光储直柔”在建筑物中的应用,并对“光储直柔”系统的应用场景、建筑直流配电系统的关注点及“光储直柔”系统关键设备进行阐述。

基于初始电流行波相位的多端混合直流线路单端保护方案

为了解决LCC-MMC型多端混合直流系统线路保护存在的问题,提出一种基于初始电流行波相位的多端混合直流线路单端保护方案。首先基于多端混合直流输电线路发生不同位置和类型的故障工况,推导直流线路入射电压行波的解析式并计算其高频段相位。其次结合线路边界行波折反射原理和测量波阻抗特性,提出利用初始电压行波相位的区内外识别判据,并根据雷击和短路故障的入射行波低频相位特性构建雷击干扰判据。在PSCAD/EMTDC中搭建昆柳龙多端混合直流系统模型进行验证,证明所提方案仅利用单端量信息即可满足故障判断和选线要求,满足速度性的同时具备一定的抗过渡电阻能力(500Ω)。

基于行波电流极性差异的交直流混联系统纵联方向保护方法

交直流混联系统中逆变站的换相失败使交流线路发生频率偏移,导致工频量纵联方向保护的可靠性受到影响。提出了一种基于行波电流极性差异的交直流混联系统纵联方向保护方法,利用线路区内、外故障时,传播到两端保护的电流故障初始行波波头之间极性差异构成纵联保护。该方法仅利用电流初始行波极性差异进行方向判别,消除了电容式电压互感器无法准确传输宽频带电压信息导致保护的低可靠性问题,且利用高频电流进行计算,避免了交直流混联系统频率偏移的影响。仿真结果显示,基于行波电流极性差异的纵联方向保护方法能够准确、快速地识别单相故障和多相故障,适用于交直流混联系统。

双向全桥DC-DC变换器基于电感电流应力的双重移相优化控制

通过分析双向全桥DC-DC变换器采用单移相和双重移相控制的工作原理,推导出了两种控制方式下变换器电感电流应力与传输功率、输入与输出电压调节比及移相角比之间的数学关系。为了有效降低变换器电流应力,针对不同的传输功率及电压调节比,通过寻优求得使电感电流应力达到最小的最优移相角。据此提出一种双向全桥DC-DC变换器双重移相优化控制策略,在实现输出电压闭环控制的同时使变换器电流应力达到最小。采用该优化控制策略,双重移相控制的电流应力始终小于单移相控制,并且当变换器工作在轻载且电压调节比较大时,该优化控制策略的优势更加突出。搭建了实验样机,对理论分析进行了验证,并与传统单移相控制进行了对比。实验结果验证了所提出最优控制策略的有效性与可行性。

一种新型非调节隔离DC-DC变换器

提出一种新型非调节隔离DC-DC变换器,也称为DC-DC变压器(DCX)。DCX变换器表现出理想变压器的工作特性,其电压传输比与负载、开关频率和占空比无关。该隔离变换器的变压器一次侧为带隔直电容的不对称半桥(AHB)电路架构,二次侧由变压器二次侧漏感、谐振电容和整流二极管组成。该变换器实现了一次侧开关管的零电压开通(ZVS)和实现二次侧二极管的零电流关断(ZCS),消除了二次侧整流二极管的电压尖峰振荡和反向恢复损耗,同时将整流二极管电压钳位在输出电压,从而减小了二极管的电压应力。与传统AHB变换器相比,消除了二次侧滤波电感,变换器的重量与体积减小,且输出二极管电压应力不受占空比的影响。最后,通过一个输出功率为72W的48V/12V DC-DC变换器实验电路,验证了理论分析的正确性。

地铁杂散电流引起变压器直流偏磁抑制方法

针对城市地铁运行时泄漏的杂散电流会引起沿线变压器直流偏磁问题,提出一种基于碳化硅PiN二极管的偏磁抑制方法。首先,建立杂散电流分布模型并采集现场地电位实测数据,明晰了地铁运行下城区整体大地电位的数值分布特点。然后利用碳化硅PiN二极管在直流电压和故障电流下的电压阻断能力及电流导通特性,提出了基于碳化硅PiN二极管的变压器直流偏磁抑制电路结构与工作流程。最后基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了城市电网110kV变电站主变直流偏磁仿真模型,验证了偏磁抑制方法故障电流导通能力和偏磁直流抑制效果。仿真结果表明:电网故障时,偏磁抑制方法瞬时导通,继电保护迅速动作跳闸;变压器实施偏磁抑制后,中性点直流电流被阻隔,磁滞回线、一次侧绕组电流及励磁电流畸变率降低,直流偏磁得到有效抑制。

基于容性能量转移原理的高压大容量DC/DC变换器

随着基于电压源型换流器的柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)技术的快速发展,十几年间世界范围内已建成数十个各种不同电压等级的VSC-HVDC工程。根据交流电网的发展历史,未来构建大规模直流电网是必然趋势。然而直流电网必须采用DC/DC变换器来充当直流变压器的角色,因此高效率、低成本的高压大容量DC/DC变换器是直流电网技术中亟待攻克的关键基础性课题。该文针对不同电压等级直流输电线路互联的技术需求,对经典低压DC/DC拓扑进行改造,推演出一系列基于容性能量转移原理的高压大容量DC/DC变换器拓扑,并揭示此类拓扑的演化规律和换流原理。相比传统变换器方案,该拓扑可降低器件数量,提升拓扑转换效率以及减小变换器体积重量。最后,通过仿真和实验验证基于容性能量转移原理的DC/DC变换器的可行性。

UHVDC换流变压器油纸绝缘缺陷直流局部放电发展过程

特高压换流变压器绝缘承受的直流电压高,绝缘缺陷劣化发展迅速,且单凭局部放电(PD)量值和放电次数无法对绝缘缺陷的发展阶段进行分析诊断。为此,研究了特高压换流变压器内部油纸绝缘缺陷直流局部放电特征及其发展过程,构建了油纸针-板等7种局部放电模型。采用阶梯式升压法研究在长期外加电压作用下,绝缘纸板从起始放电到被击穿的整个缺陷发展过程中脉冲电流信号的实时特征及其统计特性,通过拍照的方式给出各模型各发展阶段纸板表面电腐蚀状态,并给出各相应发展阶段电场的空间分布。结果表明:直流局部放电发展过程复杂,初期以大放电脉冲为主,放电频率低,等待恢复时间随机性强;中期和末期以小脉冲放电为主,等待恢复时间均匀分布;临界击穿时等待恢复时间分布集中。结合多种放电模型直流局部放电试验,可断定不同缺陷结构从起始直流局部放电到击穿的过程中,其局部放电的总体发展趋势表现一致。

HVDC电子式电流互感器现场校准方法及关键问题

直流电流互感器(direct-current current transformers,DCCT)是高压直流输电系统中的重要测量设备。为保证其准确可靠,DCCT投运前和停电维护时需现场校准。对于电子式DCCT现场抗干扰及数字化同步两大关键问题,该文提出电子式DCCT的校准方法并设计一套校准系统,主要包括直流电流源、作为标准器的磁调制式直流电流比较仪(DC current comparator,DCC)和具有光纤数字同步的电子式DCCT校验仪。重点对标准器和校验仪进行了现场抗干扰分析,对于标准器现场使用时可能遇到的母线偏心和邻近通流导体干扰情况进行仿真分析,优化磁屏蔽结构,研制了DCC样机,经中国计量科学研究院校准,该DCC不确定度为5×10-6,在此基础上进行了母线偏心和邻近导体影响测试,验证了优化的屏蔽结构能够有效抵御现场干扰;为检验校准系统,采用0.2级DCCT进行了校准测试,结果表明校准系统不确定度优于5×10-4。

HVDC直流偏磁电力变压器铜屏蔽中涡流损耗分析与仿真

为了研究高压直流输电系统中直流偏磁电力变压器铜屏蔽中涡流损耗分布,基于Problem 21基准族中的P21c-EM1简化模型进行了详细实验研究和仿真分析。重点考察不同激励方式下变压器结构件(如:变压器油箱等)铜屏蔽中涡流损耗的分布,研究交流激励源和直流激励源之间的交叉作用对铜屏蔽损耗特性的影响。通过模型实验分别获得了电力变压器铜屏蔽在不同直流偏置磁场强度作用时和标准的正弦激励作用时的损耗分布情况并进行了对比分析。提出采用三维瞬态场计算电力变压器直流偏置涡流场的实用措施,不同偏磁工况下,模型涡流损耗的计算结果和测量结果具有较好一致性,所得结果和结论有助于通过优化设计来提高电力变压器的性能指标。

架空地线临界融冰电流估算方法研究

架空线路覆冰是影响电网正常运行较为严重的灾害之一,尤其地线更易出现覆冰,有必要对架空地线直流融冰电流进行计算,而现有的经验公式及应用较多的布尔斯道尔夫融冰电流计算公式较为复杂,且有些参数测量困难。因此,该文提出一种用于快速估算已知架空地线型号在不同风速、环境温度、覆冰厚度条件下临界融冰电流的方法,通过分析地线融冰物理过程,利用有限元软件搭建仿真模型,经模型计算得到数据集,然后采用多元线性回归拟合得到相关变量的函数表达式,并与计算值进行对比。

地铁杂散电流对变压器直流偏磁的影响分析

地铁运行过程中泄漏的杂散电流引起地电位波动变化,易导致附近接地变压器出现直流偏磁现象。为解决此类问题,首先,建立了地铁运行等值电阻网络模型,实现杂散电流实时数值计算;然后,进一步推导了杂散电流场位方程,实现地铁机车运行时附近大地电位空间分布的动态模拟;最后,基于杂散电流引起的大地电位分布结果与交流电网的等效直流电阻模型,实现接地变压器偏磁直流和励磁电流的数值计算,建立中性点直流量和波形畸变率偏移度评判指标,可有效评估变压器直流偏磁程度。仿真结果表明,机车运行工况及机车间距对变压器直流偏磁影响明显,制定合理的地铁运行策略可有效削弱附近变电站直流偏磁干扰。

集成于DC/AC/DC的车载燃料电池内阻测试系统研究

车载燃料电池内阻在线测试操作复杂、成本高,为解决这一问题,提出通过DC/DC 产生微电流信号,对燃料电池输出电压和输出电流进行傅里叶变换得到燃料电池电化学阻抗谱(Electrochemical impedance spectroscopy,EIS)的测试方法。该方法集成于并联的Boost 与DC/AC/DC的级联系统,并联Boost 实现功率传输与扰动信号的解耦,DC/AC/DC 变换器可获得更高的升压比,使该测试系统更适用于燃料电池汽车等较高电压等级的场合。在MATLAB 搭建了仿真模型,仿真结果表明实现高电压比的同时,微电流引入对系统影响小且可以测得精确的内阻值。