半/全桥混合型DC Chopper拓扑及其控制策略

DC Chopper能在海上风电柔性直流输电系统主网侧发生短路故障时耗散系统的盈余功率,并实现故障穿越。针对全桥型集中式模块化DC Chopper使用IGBT和二极管数目多的问题,提出了一种半桥/全桥混合型集中式模块化DC Chopper拓扑。该拓扑采用半桥子模块替换桥臂中一部分仅起到电压支撑作用的全桥子模块,并根据桥臂电流单向性的特点,省略掉子模块中部分IGBT,仅保留其反并联二极管,大幅降低了设备的成本。在此基础上,针对现有的集中式模块化拓扑控制策略精确度低的问题,进而提出了一种利用方波正半波幅值调节耗散功率、利用占空比平衡桥臂能量的控制策略,实现了对耗散功率和桥臂能量的精确控制。在Matlab/Simulink中开展了海上风电柔性直流输电系统故障穿越的仿真研究,验证了所提出的DC Chopper拓扑及控制方案具有良好的故障穿越效果。

改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制改善风电场低电压穿越能力

经VSC-HVDC并网风电系统在风电场侧故障时,风电机组出口母线电压过低,极易引起风力机脱网。而双馈风力发电机(DFIG)传统的Crowbar技术在故障时将转子侧变流器(RSC)短接,使发电机定子侧失去了为电网提供无功的能力,风力机的低电压穿越能力较低。提出一种改进的DFIG模型,加入了主动式DC-Chopper,与传统的Crowbar相配合,降低Crowbar动作的概率,使得DFIG转子侧变流器可以控制定子侧在故障时期继续提供无功功率。并利用此改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制,改善风电场侧母线电压水平。通过算例仿真表明,在严重故障时采用改进式DFIG的Crowbar仍未动作。从而大大降低Crowbar动作的概率,双馈风电机组RSC故障期间可以继续投入运行并为电网提供无功支持。完成故障期间DFIG两侧变流器与VSC-HVDC风电场侧变流器(WFVSC)之间的无功协调,使风电场具有更好的低电压穿越能力(Low Voltage Ride Though,LVRT)。

一种新型斩波AC/DC/AC变换的单相DVR

针对输入侧采用不可控整流AC/DC/AC结构的单相动态电压恢复器(DVR)输入侧功率因数低,谐波含量高等问题,提出了一种基于PWM斩波变换器的动态电压恢复器来补偿负载两端电压的跌落。该新型拓扑结构采用PWM斩波控制节省了直流侧电容,简化了滤波器设计,使输入侧线路中谐波含量降低,同时达到单位功率因数;电压检测采用单相信号构造成两相信号,利用瞬时无功理论对信号进行检测与处理,实时性高;搭建MATLAB/Simulink仿真和系统实验平台,验证其合理性和可行性。

海上风电经柔直并网系统故障穿越协调控制策略

本文分析了分布式直流耗能装置的拓扑结构、参数设计和控制策略,并对其控制策略进行改进,通过对比传统耗能装置、分布式耗能装置和采用改进控制策略的分布式耗能装置三者的响应曲线,表明采用改进控制策略的分布式耗能装置具有耗能曲线平滑、故障穿越(FRT)性能优越的特点。在此基础上,针对传统故障穿越策略存在的直流耗能装置成本较高的问题,基于永磁直驱式风电机组设计降压法,在故障发生时主动降低风电场的输出功率,并结合采用改进控制策略的分布式耗能装置设计FRT协调控制策略,能够显著降低耗能装置容量,在确保系统故障穿越性能的前提下降低系统造价。基于如东海上风电柔性直流输电工程的实际参数,在PSCAD/EMTDC中建立系统模型,对提出的协调控制策略的有效性进行了验证。

全桥DC/DC(H桥)变换电路的设计与实现

在对桥式可逆斩波电路作出理论分析的基础上,建立基于MATLAB/Simulink/Power System工具箱的桥式可逆斩波电路的仿真模型,给出了电阻电感性负载及电动机负载时的仿真结果,并对其进行分析,同时也验证了本文所建模型的正确性.

斩控式AC-DC-AC变换在交流稳压电源中的应用

针对传统AC-DC-AC交流稳压电源输入谐波大、功率因数低和体积大等问题,设计了一种基于PWM斩控式AC-DC-AC变换的单相交流稳压电源。该拓扑结构电源同传统AC-DC-AC相比,节省了直流侧电容;由于采用PWM斩波控制,滤波器设计简单,线路中谐波含量低,输入侧达到了单位功率因数要求。电压、电流检测采用单相信号构造成三相信号,利用瞬时无功功率理论对信号进行检测与处理,实时性高。系统采用电压电流双闭环控制,提高了精度和稳定性。对系统进行了MATLAB/simulink仿真并且搭建硬件平台,验证了该结构和控制方法的可行性。

全桥DC/DC(H桥)变换电路的设计与实现

在对桥式可逆斩波电路作出理论分析的基础上,建立基于MATLAB/Simulink/Power System工具箱的桥式可逆斩波电路的仿真模型,给出了电阻电感性负载及电动机负载时的仿真结果,并对其进行分析,同时也验证了所建模型的正确性。

多端VSC-HVDC风电送出系统的低电压穿越综合策略设计

基于含风电接入的VSC-HVDC输电系统网侧换流站的基本结构,提出了接入交流电网发生三相短路时风电送出系统的低电压穿越综合控制策略。通过切换网侧换流站控制策略,并与chopper电路配合,实现网侧故障换流站向交流电网提供无功支撑,同时网侧非故障换流站和直流chopper电路协同泄放系统冗余功率,而风电场侧换流站始终维持风电场侧电压稳定。仿真分析表明,该策略可以保障系统送电端的风电场在故障期间正常运行并维持直流母线电压的稳定。在电压跌落幅度较小时可维持系统的有功输出以及无功支撑,而在电压跌落幅度较大时可最大程度地提高系统向电网输送无功的能力。

面向低成本轻型化直流耗能装置的滞环控制策略

直流耗能装置是海上风电经柔直并网系统中的重要装备,用于受端电网故障时吸收风场馈入的盈余功率防止系统过压。该文针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型和混合型两种工程主流耗能装置技术路线,提出一种通用的直流母线电压滞环控制策略,可显著降低耗能阀内部电容、电阻及绝缘栅双极晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)的电气应力与选型规格参数,实现装备低成本和轻型化设计。建立融合耗能装置的柔直系统直流侧等效数学模型,揭示控制参数对系统暂态过电压和耗能装置热应力的影响机理,给出控制参数的详细设计方法。最后,搭建±250 kV/1 500 MW海上风电并网系统模型验证上述内容的正确性,仿真结果表明,所提控制策略具有良好系统特性,MMC型耗能装置无需额外配置37%的全桥子模块,电容值降低75%;混合型耗能装置内部电阻发热降低97.7%,不再需要水冷散热装置。

开关电源主电路基本拓扑的演变(Ⅱ) DC-DC变换器拓扑的发展概况

简要介绍了前苏联 O.A.Kossov 1968年发表的论文"有 LC 滤波器的斩波器式电压调节器的比较分析";评论了这篇论文的时代特征及其贡献;介绍了1970年以后国际 DC-DC 变换器拓扑的发展概况。

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。

全桥DC/DC(H桥)变换电路的设计与实现

在桥式可逆斩波电路理论的基础上,建立基于MATLAB/Simulink/Power System工具箱的桥式可逆斩波电路的仿真模型,给出了电阻电感性负载即电动机负载时的仿真结果,并对其进行分析,同时也验证了所建模型的正确性。

全桥DC/DC（H桥）变换电路的设计与实现

在对桥式可逆斩波电路作出理论分析的基础上,建立基于MATLAB/Simulink/Power System工具箱的桥式可逆斩波电路的仿真模型,给出了电阻电感性负载及电动机负载时的仿真结果,并对其进行分析,同时也验证了本文所建模型的正确性。

DC电网挂接可变负载斩波器的EMI特性研究

针对直流电网挂接斩波器系统建立了电磁干扰(ElectroMagneticInterference,简称EMI)模型,从频域分析的角度进行干扰源分析计算和干扰路径建模,利用Matlab计算得到线路阻抗稳定网络LISN(lineImpedanceStabilizeNetwork,简称LISN)上共模干扰电流波形,并与实验测量结果进行比较,验证了其建模的可行性和正确性;在该模型基础上,对挂接带可变负载的斩波器在不同频段下产生的共模传导EMI进行了实验和分析,得出了直流电网中挂接的斩波器会因负载电感、电阻增加对电网侧产生的共模干扰电流减小的特性。对DC电网系统传导干扰的研究有一定参考价值。

应用于海上风电接入的VSC-HVDC系统主网侧交流故障穿越方案

海上风电是可再生能源的重要形式和组成部分,通过基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)技术进行风电的远距离接入,使远离海岸的区域建设风电场成为可能,另外该技术也具备更大规模风场的接入能力。目前世界范围已有多个应用VSC-HVDC输电系统将海上风电场接入到陆上主电网的工程规划。然而,大规模风电会对系统的稳定性带来诸多挑战,尤其需要确保在故障工况下风电场及主电网的稳定性,VSC-HVDC以其优良的灵活性成为应对此类挑战的不二选择。本文对不同风电接入方式下系统的故障穿越方案进行了总结,对VSC-HVDC系统的故障穿越性能进行了研究,分析了故障下系统盈余能量对直流电压的影响,并提出了应用直流侧可控耗能电阻(DC Chopper)来维持系统中的能量平衡的方案。本方案使系统在故障清除后具备迅速重启的能力,为电网的可靠运行提供了理论支撑。

驱动式DC-DC变换器设计

为了对直流电压进行变换,采用DC-DC技术,设计输出电压可调的直流电压变换器。变换器包括驱动式方波电路、功率管组成的调整电路、比较采样电路和滤波电路。在multisim软件环境下进行仿真,并在实际电路进行测试,获得的结果满足设计要求。实验证明,升压变换器可实现输入5 V直流电压,输出12 V直流电压;降压变换器可实现输入12 V直流电压,输出5 V直流电压;具有良好的直流变换功能。

DC电源直流斩波电路设计

与变阻器相比,直流斩波器能够节约20%～30%的电能。对采用直流斩波电路的DC电源而言,其不但具有调压的作用,而且可以抑制网侧谐波电流产成的不良影响。基于此,设计了一种新型的直流斩波电路,经过仿真,结合电路理论实践,输出了约340 V的直流电压。

基于半桥子模块的混合式直流耗能装置正弦调制补偿策略

混合式直流耗能装置是用于远海风电经柔性直流送出系统的关键故障穿越设备。为了解决系统盈余功率较大时耗能阀正弦调制电压出现负值,进而导致半桥子模块不再适用的问题,提出了一种耗能阀正弦调制电压的交直流分量补偿策略,在保证调制电压非负性的前提下,通过增大耗能支路电流反向时的子模块电容对外放电功率来弥补子模块电容电压反向放电过程的缺失,通过延长单位周期内耗能电阻消耗最大功率时长来保证其峰值功率受限时平均功率仍能与系统盈余功率相当。分别基于盈余功率模拟系统和海上风电经柔性直流送出系统开展了仿真验证,结果表明正弦调制电压的交直流分量补偿策略可有效限制混合式直流耗能装置的功率器件数量,使基于半桥子模块的混合式直流耗能装置实现全系列盈余功率工况下的功率平衡控制,保证柔性直流系统在受端交流故障下的平稳穿越。

风电机组高电压穿越技术研究

随着风电入网比例的增大,风电入网导则也逐步发展建立,入网导则的主要目的是确保风电场的入网运行不影响整个电力系统的稳定。风电场低电压穿越(LVRT)已作为热点技术被广泛关注,但风电机组风电场高电压穿越没有得到相应的重视。文章基于常见机组类型,首先介绍了风电机高电压穿越(HVRT)方面现有电网要求,给出了现有风电场高电压穿越能力要求曲线,对风电机组高电压穿越软硬件的技术方案。最后仿真证明了所提技术方案的正确性,分析了该技术方案对风机运行成本方面的可行性。

基于改进风力发电机组下的低电压穿越控制策略研究

随着风电场低电压穿越(low voltage ride though,LVRT)要求的提出,传统Crowbar技术的弊端显现出来,故障时转子侧变流器被短接,发电机定子侧失去为电网提供无功的能力。提出一种改进的双馈风力发电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)模型,使用DC-Chopper,串联动态制动电阻(series dynamic braking resistor,SDBR)代替Crowbar,在故障时能够控制直流母线电压,抑制转子侧过电流,起到保护直流侧电容和转子侧变流器的作用。由于转子侧变流器不退出运行,所以在控制策略上提出了通过控制转子侧变流器来实现发电机定子侧在故障期间向电网提供部分无功支持,同时网侧变流器采用变功率因数控制,在故障情况下给电网提供主要的无功支持,实现低电压穿越。