Key stress extraction and equivalent test method for hybrid DC circuit breaker

Firstly, relevant stress properties of millisecond level breaking process and microsecond level commutation process of hybrid HVDC circuit breaker are studied in detail on the basis of the analysis for the application environment and topological structure and operating principles of hybrid circuit breakers, and key stress parameters in transient state process of two time dimensions are extracted. The established digital simulation circuit for PSCAD/EMTDC device-level operation of the circuit breaker has verified the stress properties of millisecond level breaking process and microsecond level commutation process. Then, equivalent test method, circuits and parameters based on LC power supply are proposed on the basis of stress extraction. Finally, the results of implemented breaking tests for complete 200 kV circuit breaker, 100 kV and 50 kV circuit breaker units, as well as single power electronic module have verified the accuracy of the simulation circuit and mathematical analysis. The result of this paper can be a guide to electrical structure and test system design of hybrid HVDC circuit breaker.

混合励磁式电涡流制退机电磁场与阻力特性分析

电涡流制退机具有无液体泄漏、无需密封、阻力稳定的优势。与目前应用较多的永磁式电涡流制退机相比,混合励磁式电涡流制退机采用线圈替代了一部分永磁体,对阻力特性的调节效果更好。对比了混合励磁式电涡流制退机2种可能的结构形式,然后根据磁路分析与初步计算选择出具有更好阻力性能的结构。针对该结构,利用等效磁路法计算气隙磁场,采用子域模型考虑感生涡流影响,建立了求解混合励磁式电涡流制退机阻力值的等效子域模型。根据某口径火炮反后坐要求,确定了制退机的主要尺寸参数,完成了混合励磁式电涡流制退机结构参数的前期设计,并通过数值计算对解析计算结果进行了验证。接着,针对某口径火炮发射时的工况建立仿真模型,以炮膛合力曲线和复进机力的后坐行程函数曲线作为条件输入,分析强冲击载荷下混合励磁式电涡流制退机的电磁阻尼力、后坐位移和后坐速度规律。最后,分析了不同气隙宽度与内筒的电导率对电磁阻尼力的影响,结果表明气隙宽度越小电磁阻尼力越大,同时过大的内筒电导率会导致电磁阻尼力呈现“马鞍”型。本文研究可为混合励磁式电涡流制退机的工程化应用提供理论基础。

基于两电平电压源合成试验方法的混合式直流断路器开断过程仿真研究

直流断路器在研究过程中需要试验测试为设计提供参考,在其制造完成后则需要进行型式试验验证其可靠性。文中以15 kV电压等级的负压耦合型混合式直流断路器为例,对其短路电流开断过程进行仿真并提取了关键点电应力;阐述了两电平电压源合成试验方法,设计了适用于负压耦合型混合式直流断路器的两电平电压源合成试验回路,并优化了参数选取;将两电平回路下开断过程的仿真结果与开断过程所需的电应力进行对比,证明了两电平电压源合成试验方法可以提供开断过程所需的电压与电流应力,验证了两电平合成试验方法的等效性与可行性。文中研究结果可为高压直流断路器的研究、设计及试验提供参考。

新型限流式混合高压直流断路器参数设计方法研究

固态高压直流断路器是基于电力电子器件构成,如IGBT与晶闸管,具有动作快速、成本低等优点。机械式固态断路器则具有寿命长、通态电阻小、通态损耗低、可靠性高、安全性好等优点。故障电流限制电路则可以限制直流短路故障电流的上升率,因而降低了对高压直流断路器对故障响应的灵敏度。提出的新型限流式混合高压直流断路器集成了固态高压直流断路器、机械式固态断路器以及故障电流限制电路的优点。介绍了该断路器的拓扑与参数设计方法。为验证该拓扑与参数设计方法的有效性,利用仿真软件PSCAD搭建了仿真模型。仿真结果表明:该新型断路器拓扑与参数设计方法可有效阻断直流短路故障电流。

教育信息化背景下电路理论课程混合式教学研究

随着时代的发展,教育信息化是高校教育的趋势,结合新时代人才培养的要求,该文提出一种信息化背景下混合式教学的架构,并构建以慕课和SPOC为基础的多源教学资源,通过雨课堂进行实施。结果表明,该方法既可提升学生成绩,同时也可解决大班上课难以管理的问题。

基于磁路法的新型爪极发电机的性能计算

针对现有永磁无刷爪极发电机无法调磁调压的问题,提出了一种双端混合励磁车载爪极发电机。由于该发电机的磁路中同时具有径向磁通和轴向磁通,增加了计算发电机特性的难度。搭建发电机的等效磁路模型,通过迭代计算对双端励磁车载爪极发电机的静态特性进行了分析。同时根据与有限元分析的结果相对比,等效磁路法能够实现计算快速、结果准确。另外完成了发电机样机的制作和实验测试,结果表明上述等效磁路模型具有较高的计算精度。

基于可控有源振荡换流的混合式高压直流断路器

直流断路器是最大程度地保障柔性直流电网系统健全和持续可靠运行的关键装备。为降低预充电系统耐压要求,耦合负压换流型混合式直流断路器需额外配置换流变压器,这严重限制了其在高压直流输电领域的应用。结合耦合负压换流型混合式直流断路器和电容可控振荡换流原理,提出了一种基于可控有源振荡换流的模块级联混合式高压直流断路器。在保障故障电流双向阻断的前提下,所提断路器不但可降低预充电系统的耐压要求,而且可有效减小研制成本和占地面积。首先研究了可控有源振荡电路拓扑结构和工作原理;其次,提出了可控有源振荡换流型混合式直流断路器拓扑,分析了其故障电流分断工作原理;然后,揭示了电容、电感等元件参数对断路器分断性能的影响机理,确定了可控有源振荡电路的元件选型方法;最后,仿真验证与性能对比分析表明:所提可控有源振荡换流型混合式直流断路器原理可行,技术经济性能优越。

新型汽车用爪极发电机系统效率计算

用场路结合方法计算一种新型汽车用爪极发电机系统效率。和普通电励磁爪极发电机相比,混合励磁爪极发电机提高了效率。有限元方法虽然计算精度很高,但计算时间很长,不适合计算效率。给出一台混合励磁爪极发电机三维等效磁网络模型,在磁场计算的基础上,由电路分析计算各种损耗得到混合励磁爪极发电机系统的效率。

一种新型混合励磁爪极发电机的建模和计算

提出了一种具有混合励磁结构的爪极发电机的原理和模型。混合励磁爪极发电机是由永磁体和励磁线圈共同产生电机磁场的一种发电机,较之传统的电励磁爪极发电机,具有效率高、电机低速性能好、集线圈励磁的电压调节性能和高功率密度的优点,具有很好的研究前景和使用价值。但是,长期以来由于其结构和磁路的复杂、不规则性,又是典型的三维磁场特性,国内外对于这种新型电机的专题研究尚缺乏理论上的系统分析,文章和论著都较少。该文采用经典的从磁通管方法入手的等效磁网络法结合有限元法,通过分析、计算电机各部分磁导,构成爪极电机的三维等效磁网络,并采用三维有限元法计算了电机的自感,给出了相关的计算结果,以供设计人员参考。

基于混合自动机的PSL模型研究

基于SPICE的计算机仿真方法在混合信号电路验证应用中具有较大的计算开销,讨论基于属性描述的建模方法减小计算开销的问题。通过分析PSL(property specification language)对系统属性的形式化描述方法,并分析混合自动机理论对混合信号系统抽象能力,提出了适合于混合信号电路系统快速验证的PSL模型。结合混合自动机对PSL进行了基于混合自动机语义特点的扩展,使用巴克斯—诺尔范式对其拓展后语法进行规范,提出具有描述混合信号电路行为特性的HAPSL(hybrid automata-based PSL),并针对参考电路的混合信号特性进行了分析,详细说明了HAPSL模型描述在混合信号验证中的实现方法和意义。通过与SPICE仿真器对相同电路进行比较仿真实验,显示HAPSL方法数据在适当规模混合信号电路瞬态分析以及状态分析中具有较高的效率并且具有可接受的精确度。

降低逆变器容量的混合有源电力滤波器控制方式

针对一种降低逆变器容量的混合有源电力滤波器,详细介绍了其在三种控制方式下的工作原理、性能特点和等效电路,搭建了容量为10kV.A的混合有源电力滤波器实验样机,并进行了三种控制方式的实验和分析。实验结果表明,采用复合控制方式,该结构中逆变器容量仅为整个滤波器容量的4.42%,而该滤波器投入后,电网电流总谐波畸变率从26.95%下降到4.25%,补偿效果良好且优于其他两种控制方式。

集总元件的多网格FDTD模型及其在混合电路中的应用

采用时域有限差分（ＦＤＴＤ）法对印刷电路板中端接各种负载的导体互连线进行时域电磁场全波分析，直接在时域得到系统对高速脉冲的响应．在集总元件的单网格ＦＤＴＤ模型基础上，根据实际电路的要求，推导了各种线性和非线性、无源集总元件的多网格三维ＦＤＴＤ迭代格式，并参与分布电磁系统的电磁场模拟．由于是电磁场全波模拟，计算结果比电路模拟所得结果具有更高的精度．同时，这一模型对分析结构复杂的混合微波电路有很大意义．

计及边缘效应的交流混合磁轴承建模

在混合磁轴承(hybrid magnetic bearing,HMB)建模过程中,通常忽略涡流效应、边缘效应和漏磁等因素,使得悬浮力数学模型精度降低。为了提高模型精度,提出了计及磁极端部边缘效应的混合磁轴承改进模型。该文以交流径向混合磁轴承为例分析其工作原理和磁通分布特性,采用磁场分割法分别求解不同边缘磁通区域的磁导,通过叠加原则获得单个磁极下的总磁导,根据等效磁路法建立径向悬浮力的精确数学模型。实验结果表明:改进前模型计算所得悬浮力与实验所得悬浮力误差接近10%,改进后的数学模型所得悬浮力与实验所得悬浮力误差小于5%。比较结果证明了计及边缘效应能有效提高悬浮力数学模型的精度。

混合磁极式的混合励磁永磁同步发电机仿真

为了研究混合磁极式的混合励磁永磁同步发电机转子上既有永磁体、又有励磁绕组的运行性能,建立了混合磁极式的混合励磁永磁同步发电机的基本方程;根据该电机的转子结构及定子绕组的实际连接方式和空间分布情况,分析了模型中电感参数及永磁体在其他回路中产生的磁链的特点,并给出其表达式;采用有限元法计算各参数表达式中的系数,能准确考虑磁极形状及永磁体的作用,利用数值方法对该电机的性能进行仿真。在1台混合磁极式的混合励磁永磁同步发电机样机上进行了实验,仿真结果和实验结果吻合较好,验证了仿真模型的正确性和参数计算的准确性。

一种高Q值圆腔双模双通带滤波器的设计

为了满足多波束通信卫星对低插损,高抑制的双通带滤波器的需求,需要研制高Q值的圆腔双模双通带滤波器。本文采用了一种新的混合电路方法设计双通带滤波器。混合电路方法中耦合孔采用电磁全场仿真结果,矩形波导、圆腔谐振器采用有色散的传输线表示,耦合螺钉采用并联电纳表示。该方法设计时间仅为传统的全场仿真设计方法的1/4。设计并加工了一个圆腔双模双通带滤波器,实测结果与仿真结果一致。该混合电路设计方法还可以推广用来设计各种波导滤波器,以及波导多通带滤波器。

新型环形分支电桥的全波分析和精确设计

针对一种新型环形分支电桥设计中微带交接点出现的不连续性问题,提出了一种新的设计方法。该方法首先运用奇偶模理论对电桥进行分析,得到初步的电路尺寸。然后,利用基于电场积分方程的矩量法结合全波空域格林函数来得到微带电路中的电流与交接点处的散射参数。这种方法考虑了所有物理效应。通过新型环形分支电桥的数值结果与实测结果验证了本文方法的准确性和有效性。

基于涡流感应原理的快速机械开关电磁缓冲影响因素研究

快速机械开关作为500kV混合式高压直流断路器的核心部件之一,要求在2ms内分闸,并耐受高达800 kV暂态分断电压,其2 ms内分闸耐压的速动性是混合式高压直流断路器对快速机械开关提出的核心技术要求,也考验了快速机械开关自身缓冲装置的可靠制动能力。考虑快速机械开关需满足高压直流断路器快速重合闸功能设计,传统的液压油缓冲、聚酯氨缓冲和气体缓冲均无法满足快速重合闸工况下的二次缓冲问题,文中分析了500kV混合式高压直流断路器快速机械开关的快速分合闸、重合闸等运行工况,提出了一种基于涡流感应的电磁缓冲方法,研究了电磁缓冲的数学机理,建立了电磁缓冲的有限元仿真模型,分析了缓冲电容容量、缓冲电流和缓冲力对电磁缓冲性能的影响。研制了500 kV多断口串联快速机械开关,并在张北500 kV混合式高压直流断路器进行了试验验证,验证了仿真分析的正确性。该技术对于快速机械开关的电磁缓冲系统和控制设计具有实际的工程指导意义。

基于Volterra级数改进的混合遗传算法在谐波平衡中的应用

针对遗传算法在谐波平衡仿真中经常出现随机性大、迭代过程慢、局部搜索能力弱等问题,提出一种改进的混合遗传算法。该算法将Volterra级数、拟牛顿算法与遗传算法相结合,利用Volterra级数的记忆特性估算频域初始值,通过遗传算法进行全局优化,最后利用拟牛顿算法进行局部优化。基于对MRF281的谐波平衡仿真结果表明,该算法与遗传算法相比,迭代次数减少了40%左右,同时仿真数据与实测数据拟合较好。改进算法兼备了全局优化和局部优化的特点,明显提高了精度和收敛速度,并克服了遗传算法随机性大、局部搜索能力弱等缺点,对非线性电路分析具有较大的参考价值。

复合印刷电路板式预冷器的热力设计与优化

空气预冷器作为预冷组合循环发动机的关键部件之一,能够在极短的时间内对来流的高温空气进行冷却,预冷器的性能对预冷组合循环发动机的运行性能具有重要影响。因此,研制耐高温高压、高效紧凑且轻质的预冷器对预冷组合循环发动机的工程应用具有重要意义。针对一种复合印刷电路板预冷器,在5Ma飞行工况和换热功率为422 MW时对其展开热力设计,并结合遗传算法对复合印刷电路板换热器进行结构优化。计算结果表明,优化后的复合印刷电路板换热器的体积功率比传统印刷电路板换热器的体积功率提高了93%,比毛细管预冷器的体积功率提高了243%。

混合式高压直流断路器电流开断试验装置设计

直流断路器最重要、最基本的功能是能在短路故障的工况下及时分断短路电流。整机开断试验需要模拟实际工程中最严酷的短路电流开断工况以有效检验直流断路器开断能力。基于混合式直流断路器特性提出了一种等效开断试验装置拓扑结构,并对其拓扑结构组成、运行原理、关键组成部分的应力分析、电气参数计算方法、试验仿真开展研究,研究结果可作为试验装置平台开发和直流断路器开断试验相关工作开展的理论基础。