固态切换开关SSTS在化工企业供配电系统中的应用

故障情况下的电网瞬间电压波动和传统备自投装置切换时间较长对化工生产装置造成的不良影响,无法满足连续性生产的需要。介绍了固态切换开关(Solid-state Transfer Switch,SSTS)的基本原理,研究了采用基于电力电子技术的固态切换开关的技术措施实现主备电源系统之间的无缝切换。经过现场实际测试,该技术确实可提高化工企业供配电系统抗电网电压扰动的能力,对增强供配电系统的安全性、稳定性和可靠性具有十分重要的意义。

基于固态变压器的有源配电网自适应模式切换与功率管理

为实现高压电网和交直流混合微网的系统集成与优化,固态变压器(solid-state transformer, SST)成为研究热点。然而,目前较少考虑线路或通信故障条件下系统运行模式的协调控制以及即插即用单元的功率优化分配。为此,提出一种基于SST的有源配电网自适应模式切换与功率管理策略。首先,基于SST的系统架构实现高压并网、微网互联、微网孤岛的平滑模式切换,保证母线电压稳定在额定值附近。同时,采用分布式一致性算法和改进下垂控制,根据运行成本、储能荷电状态(state of charge, SOC)实现经济均衡的功率分配。最后,基于RT-LAB实时仿真平台验证所提模式切换与功率管理策略。

具备故障限流功能的中高压快速切换开关

固态切换开关(SSTS)是城市供电保障的关键装备,为解决现有SSTS装备存在的问题,此处提出一种新颖的具备故障限流功能的中高压固态切换开关装置(FCL-SSTS),其能够实现双路电源的快速切换和短路故障限流的双重功能。当主供电回路电压出现暂降或短时中断时,FCL-SSTS可实现备用供电回路的快速切换。当负荷侧出现短路故障时,FCL-SSTS可以快速实现故障限流功能,从而避免故障的扩大化,FCL-SSTS结构对装置的自我保护以及电力系统的安全可靠运行具有重要意义。

10kV固态电源切换开关的研制

提出了基于晶闸管阀和并联高速机械开关的固态电源切换开关(Solid State Transfer Switch,简称SSTS)设计方案,正常情况下线路电流通过机械开关,晶闸管只是在切换期间才投入运行。阀体采用自然冷却方式,解决了常规固态开关运行时的损耗问题,具有很好的工业应用前景。给出了SSTS的切换控制策略;分析了开关的开断特性。最后通过试验验证了主电路和控制系统方案的可行性。

新型中压固态切换开关的研究

固态切换开关(SSTS)利用大功率电力电子技术和基于微处理器、光纤通信和数字信号处理的测控技术,是解决敏感和关键负荷电力供应最经济有效的手段之一。该文在了解和对比国外SSTS技术和产品的基础上,提出了基于晶闸管和高速机械开关技术的设计方案。这种混合式开关结合了机械开关和电力电子开关各自的优点。正常情况下线路电流通过机械开关,晶闸管只是在切换期间才投入运行。这种混合式开关几乎具有和机械开关一样的效率,具有很好的工业应用前景。该文建立了机械开关和晶闸管换流过程的数学模型,分析了影响换流时间的因素。采用PSCAD／EMTDC软件建立了SSTS仿真模型,对整个切换过程进行了理论分析和仿真研究。最后介绍了SSTS工程样机的研制。仿真和试验结果验证了主电路和控制系统方案的可行性。

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。

基于固态切换开关的感应电机类负荷电源快速切换新策略及参数计算

舰船、电厂和钢铁等生产中的重要负荷感应电机失电后要求快速地切换至备用电源,但这类动态负荷在不利条件下所带来的瞬态冲击会产生严重的后果。为解决这一问题,提出一种基于固态切换开关(SSTS)的感应电机类负荷电源快速切换控制新策略,其在各种备用电源与主电源间相位差下,既能够快速将关键负荷从主电源切换至备用电源上,又能够有效抑制电源切换中的瞬态冲击;然后,深入分析了备用电源投入控制过程中感应电机的复杂瞬态,重点讨论了影响瞬态冲击抑制的主要因素;此外,还研究计算了已知备用电源与主电源间具有相位差时控制参数与电流峰值之间的关系,并根据电流抑制需求确定控制参数;最后,通过定子电流计算结果和实测波形,验证了所提电源快速切换控制策略及参数计算的正确性和有效性。

固态断路器技术的应用

在介绍固态断路器技术的发展及其在电力系统中的主要应用的基础上,总结了目前固态断路器的分类、特点、功能和结构。指出了固态断路器所使用的功率器件存在的均流、均压,通态功耗,动态过载与换流,故障电压、电流突变量实时检测,混合式断路器建模等问题是固态断路器研究与设计的技术难点,并针对这些问题提供了国内外固态断路器有关研究动态。

基于开关电容技术的新型交流PWM开关及其在微电网模式切换中的应用

基于开关电容技术,提出一种新型交流PWM切换开关,其等值阻抗与开关频率成反比,给出了其基本原理和基本电路拓扑。将其与高速机械开关并联,构成一种新型混合固态切换开关,可应用于电路模式切换等多种场合,有效地限制暂态电流和开关分断时的电弧。探讨了这种新型混合固态切换开关在故障电流限制、微电网模式切换中的具体应用。仿真和实验结果验证了这种新型开关的合理性及有效性。

定制电力技术在北京电力用户中的应用

本文首先阐述了定制电力技术的基本概念和主要的定制电力设备,然后针对北京电网某一重要用户从供电系统特点和电力需求着手,进行供电等级划分和定制电力技术应用。最后开展了用户电能质量监测分析和定制电力设备现场运行分析,结果表明定制电力技术满足了用户对电能质量的特殊需求,保证了用户供用电设备安全高效运行,同时将用户对公用电网和邻近用户的电能质量干扰限制在合理水平。本文定制电力技术应用方案和监测数据可为其他重要用户电能质量改善方案的制定提供参考,具有较强的实用价值。

基于双DSP硬件架构的固态开关控制系统设计

为解决电网供电电压跌落及短时断电的问题,实现了对负载的不间断供电,设计了基于双DSP和FPGA的固态转换开关(SSTS)控制系统。介绍了SSTS设备的工作原理,通过仿真论证了强制切换(MBB)控制策略及单相电压跌落检测算法的有效性和必要性。根据改进后的SSTS系统控制算法,通过对功能的层次化解析,建立了双DSP+FPGA控制系统架构,并简单介绍了各系统模块的实现方法。最后给出了380V SSTS装置部分运行结果。实验结果表明,所采用的控制系统架构及控制策略是正确可行的。

固态电子转换开关应用仿真研究

针对最严重的电能质量问题电压跌落 ,建立了一种使用固态电子转换开关治理的模型 ,采用基于广义瞬时无功功率的快速检测电压跌落的算法和解决谐波分量影响检测精度的问题的方法 ,并通过控制策略的优化解决实际运行中主、备用电源电压幅值相位不一致时的切换问题。仿真结果验证了提出的模型和控制策略。

固态切换开关强迫切换策略研究

从固态切换开关与电网拓扑结构的相互影响的角度出发,研究了固态切换开关的切换策略,提出了一种适用于10 kV中性点经Z型变压器接地的双电源系统的强迫切换控制策略。试验表明,该策略缩短了固态切换开关的切换时间,减小了切换过程对负荷的影响。

基于模式切换的固态变压器多直流电压平衡控制方法

能源互联网通过固态变压器整合分布式可再生能源,但是容易出现不同H桥模块间电压失衡、直流变换效率低以及能耗高的问题,因此,研究基于模式切换的固态变压器多直流电压平衡控制方法。依据直流变换器运行原理,分析移相控制模式和梯形电流控制模式,进行模式切换;分析固态变压器中负责能量传递的双移相桥隔离型双向直流变换器损耗分布情况,为直流变换器效率优化提供分析依据;通过移相控制模式和梯形电流控制模式间的合理切换控制,提高直流变换器效率,实现固态变压器中双向直流变换器全功率范围内的损耗最佳控制;在此基础上,通过空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)算法,解决变压器的模块级联H桥型固态变压器出现不同H桥模块间的均压问题,实现变压器多直流电压的平衡控制。结果表明,该方法对固态变压器多直流电压平衡后,固态变压器AC/DC的3H桥电容电压达到了平衡状态,直流母线端口电压以及低压直流端口电压稳定,达到平衡状态。

混合型主备式固态切换开关电压跌落强迫切换策略研究

从电网拓扑结构相互影响的角度出发,在强迫切换方式下研究了混合型主备式固态切换开关(SSTS)在10 k V中性点不接地和经Z型变压器接地双电源系统中,切换阻感性负荷对负荷的影响。针对阻感性负荷,分析了切换前后负荷特性,以及是否适用于强迫切换策略。试验验证了所采用的策略在缩短切换过程的基础上,减小了切换过程对负荷的影响。

基于CPLD的智能固态转换开关的研制

提出了一种适用于铁路信号供电电源的智能固态转换开关方案。以CPLD为核心,功率MOSFET作为主控器件,实现转换操作的无触点切换。介绍了主电路、控制电路的硬件设计及软件编程。实际应用表明方案可靠实用,能够提高供电的自动化水平。

中压固态切换开关装置的研究

文中对中压固态切换开关(SSTS)进行了设计。利用兼具实时性和可靠性的dq变换法进行电压暂降检测,将滤除交流分量后的dq轴有效值与电压暂降阈值进行比较来产生切换指令。分析了过零切换和强迫切换策略的特点,采用根据主电源馈线电流方向与主备电源电压差方向控制备用晶闸管的触发,从而快速地将敏感负载切换至备用电源的方法。利用PSCAD建立了10 k V固态切换开关的仿真模型,对dq电压检测法的快速性和可靠性以及强迫切换控制的有效性和可行性进行了验证。

高压智能开关快速切换不同属性负载控制策略

针对目前高压快速切换开关(SSTS)存在10ms左右的切换延时及切换控制策略单一等问题,提出分相快速切换变压器带不同属性负载的控制策略。建立切换不同属性负载的数学模型.分析研究智能开关在切换延时期间内系统残压规律,在此基础上提出一种分相快速切换控制策略。所提出的分相快速切换控制策略解决了速动性与可靠性之间的矛盾,并利用仿真和现场录波验证了其技术可行性。

高压固态切换开关在切换不同属性负载时的残压研究

目前,高压固态切换开关(solid-state transfer switch,SSTS)切换延时为半个周波左右,由于存在切换延时,所以对SSTS在备用电源投入时刻的系统残压情况进行研究非常关键。只有判别出切换延时期间内系统残压大小、形状、频率和衰减时间常数,才能制定出快速切换的控制参数,实现抑制切换冲击电流和提高快速切换成功率的目的。快速切换系统残压情况与负载性质和SSTS本体设计密切相关,因此,该文以SSTS快速切换变压器带容性负载、感应电动机负载以及空载为模型,分析以下两种开断故障电源方式下系统残压特性:1)负载电流由真空开关至晶闸管阀体转移成功,从而实现由晶闸管电流过零切除故障电源;2)负载电流由开关至晶闸管阀体转移失败,造成真空开关截流开断故障电源。利用仿真和现场录波波形予以验证,从而为SSTS快速切换不同负载控制参数设计提供理论依据。

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。