基于熔断器的组合式直流开断技术研究与验证

直流断路器是交直流混合配电网组网的关键,然而在考虑技术经济性时,当前直流配电断路器仍沿用高压直流输电等级断路器拓扑方案的思路不再适用,亟需开发经济型直流开断技术,实现中压直流配电断路器成本和性能的平衡。文中针对交直流混合配电网直流侧故障电流经济高效开断这一关键问题,基于直流熔断器和强迫过零开断技术,提出一种基于熔断器的组合式直流开断方案,该方案采用直流熔断器与转移开关并联后再与直流负荷开关串联的形式,利用低成本的直流限流熔断器开断大电流,减轻直流负荷开关的开断要求,进而降低整机成本,在兼顾经济性的同时实现了电流的全范围开断。通过PSCAD仿真计算,和在LC振荡回路中进行的15 kA开断实验结果表明,提出的组合式直流开断方案可以满足交直流混合配网直流侧故障快速切除的需求。

基于模态分析的LCC-LCC型双向无线电能传输系统软开关优化控制研究

为了提升LCC-LCC型双向无线电能传输系统(LCC-LCC compensated bidirectional wireless power transfer,DLCC-BWPT)的运行效率,该文提出一种基于复合控制的DLCC-BWPT软开关优化控制策略,实现全工作范围内的零电压开关(zero voltage switching,ZVS)。根据BWPT电路的开关规律,分析DLCC-BWPT的基础模态及其离散时间数学模型。在此基础上,对复合控制下DLCC-BWPT的所有工作模态进行分析与定义。结合模态分析和BWPT充放电特性,确定开关管ZVS条件和模态选取原则,分别推导恒流充电、恒压充电、恒流放电工况下的最优控制曲线,提出全工作范围内的ZVS优化控制策略。最后,搭建实验平台,在不同工况下验证所提优化控制策略对于提升DLCC-BWPT运行效率的可行性与有效性。

混合式转换开关换流电路设计与性能研究

机械开关技术是电力系统进一步向用户提供高质量电能的瓶颈,为此,在介绍混合式转换开关的工作原理及其动作过程的基础上,重点介绍了其中关键的换流电路,包括缓冲电路、吸收电路及放电复位电路的设计及相关参数的计算。仿真及样机实验的结果表明:混合式转换开关比传统机械式转换开关特性更好:快速导通,快速分断及限压等,故混合式技术在转换开关的设计与应用中具有重要的意义与广阔前景。

基于IGBT的混合式自动转换开关研究

对目前国内外自动转换开关的发展情况以及性能进行了分析和比较,在深入研究新型混合式断路器的基础上,阐述了一种基于IGBT混合式自动转换开关(HATS)的结构和工作原理,重点研究了该HATS的本体开关部分的合闸、分闸及限压特性,针对其动作特性,搭建实验平台模拟了该HATS的并联切换和串联切换方式,并具体分析和比较了2种不同切换方式的性能,实验结果表明:该HATS在保持机械转换开关静态特性的同时,其合闸和分闸动作的快速性、一致性及动作时的限压性能均得到改善。

新型快速混合式转换开关设计

在介绍混合式转换开关的工作原理及其动作过程的基础上,针对其中关键的换流电路进行了重点介绍,包括缓冲电路及吸收电路的结构原理设计,通过增加切入开关的方法解决换流回路导通瞬间电流过大的问题,达到保护目的。为解决系统关断时过电压问题,采用了2种设计方法:直接并联法与缓冲电路法,并通过理论分析给出了相关参数的计算方法,在样机中进行了实验验证。结果表明,混合式转换开关比传统机械式转换开关具有更加良好的特性,如快速导通、分断特性及限压特性等。同时,简单介绍了基于涡流斥力原理的超快速机械开关及涡流斥力计算的一种方法。

基于功率二极管的混合式中高压开关免暂态投切电容器组研究

针对中高压无功补偿电容器投切过程中的暂态过电压和涌流,提出一种基于功率二极管与电机操动机构的机械开关并联组成的混合式中高压开关。分析了混合式中高压开关的基本结构和工作原理,以及功率二极管和机械开关之间的电流转移机理。最后,建立暂态模型,仿真比较了传统真空开关和混合式中高压开关投切不同连接方式的电容器组时的暂态过电压和合闸涌流。仿真结果表明,混合式中高压开关能有效减少电容器投切时产生的暂态过电压和合闸涌流,从而验证了有效性。

混合型限流器高压转换开关电动斥力简化计算

混合型限流器的关键部件电动斥力机构目前主要采用有限元软件仿真分析,为了能使用简单可行的解析手段分析电动斥力机构,提出了按其能量平衡方程推导出的斥力表达式,即斥力等于驱动电流的平方与等值电感对动盘位移微分的乘积,且后者在动盘运动初瞬为常数。利用加速度传感器间接测量电动斥力,结果表明等值电感与动盘位移间有线性关系。实测加速度滞后驱动电流约100μs,原因是斥力从动盘传至加速度传感器过程的机械传输时间。试验结果与理论分析一致,证明电动斥力在动盘运动初瞬全部用于产生加速度,而后随动盘速度和位移增大加速度逐渐减小。

中压混合式直流断路器真空短间隙介质恢复特性

为指导混合式断路器中真空开关与IGBT的智能配合策略,并提升IGBT的短脉冲开断裕量,对中压混合式直流断路器中真空短间隙的介质恢复特性进行了研究。分析了零电压型中压混合式直流断路器的工作原理,得到IGBT承担电流的时间取决于真空短间隙介质恢复特性的结论,采用等效实验方式搭建了真空短间隙介质恢复特性试验电路,利用脉冲电压测试电流转移完成后真空短间隙的介质恢复特性,研究了开距、电流幅值、电流下降率对真空介质恢复特性的影响。试验结果表明:在电流小于4 kA时,真空短间隙平均介质恢复速度主要由开距和电流下降率决定,并通过数据处理得到了真空短间隙的介质恢复特性的数学描述,为1.5~10 kV电压等级的中压混合式直流断路器快速可靠开断提供设计依据。

风光储智能应急电源系统研究

应急电源系统(emergency power system,EPS)作为一种各类一级和特别重要负荷的交流应急电源得到广泛应用,风光互补发电系统是新能源利用的最佳匹配,其中,整合了储能系统的风光储联合发电系统具有极佳的应用前景。研制了一套风光储智能应急电源系统,利用静态开关(static transfer switch,STS)作为投切装置,进行以风光互补发电为平台的应急电源系统的研究,实现了储能系统的充放电控制及系统输出的智能判断和快速切换。

多端混合直流系统的转换开关配置计算分析

结合特高压多端混合直流输电系统"多端"和"混合"的特点,对直流转换开关的配置和工程计算进行了分析。针对因"多端"特点带来的复杂分流关系问题,采用随机数原理与仿真建模结合的方式,提出了大地回线转换开关和金属回线转换开关转换电流计算的新方法,避免了复杂的数学计算,所得近似转换电流最大值能够应用于工程转换开关震荡回路和避雷器参数配置;针对"混合"特点,提出在柔性直流站可考虑不安装中性母线开关,其原保护范围可由柔直换流器直接闭锁和中性母线差动保护进一步扩大来代替的建议,并通过仿真建模进行了验证。

基于逆变原理的混合式快速转换开关设计与研究

介绍了电力电子逆变技术在传统的机械开关中的相关应用,阐述了一种基于逆变原理的混合式快速转换开关装置的系统结构及实现原理。通过理论分析对本混合式快速转换开关装置涉及的主要技术问题进行了详细阐述和总结,并提出了相应的算法及实现方法,最后通过试验验证其算法的可行性。

中压固态复合开关切除电容器组的建模与分析

以真空断路器与晶闸管阀并联构成的中压固态复合开关切除电容器组的研究内容,主要是对电容器组负载电流由真空断路器至晶闸管阀之间电流转移这一暂态过程进行解析分析。首先基于真空断路器分段线性化电弧伏安特性曲线,并结合等效电路构建电流转移数学模型;然后据此推导出中压固态复合开关切除电容器组电流和晶闸管阀端电压解析解;最后据此可以得出晶闸管阀组最佳触发时刻、晶闸管阀组设计参数以及电流转移暂态过程中电流冲击程度。因为实现了由真空断路器至晶闸管阀的电流转移,所以电容器组在晶闸管阀电流自然过零时刻被切除,彻底克服固定电容器(fix capacitor,FC)开关分闸时造成的开关重燃和操作过电压。中压固态复合开关切除电容器负载暂态性能与晶闸管开关电容器(thyristor switch capacitor,TSC)性能基本一致,但却实现了紧凑化、低成本和高可靠性设计。利用仿真和现场录波波形验证了技术可行性。