钛酸钡三维复合材料微观结构与电学性能研究

压电材料可实现机械能与电能的相互转换,采用增材制造的方式,将具有压电性能的钛酸钡(BaTiO_(3),BT)功能陶瓷材料打造为三维结构。通过对比PDMS、BT/PDMS和三维(BT)/PDMS柔性复合材料的介电频谱测试结果,发现三维结构有助于提升复合材料的介电性能。同时,在一定的循环压力下对比了以上三者的输出电压,表明三维结构能大幅提升复合材料的输出电压,且极化后内部电势场的建立将3D-BT/PDMS的输出电压提升至250mV。可见3D-BT/PDMS复合柔性聚合物具有优异的电能转换能力,在柔性电容器和柔性传感器等领域有巨大的应用潜力。

单变压器分区互联装置接地故障特性研究及控制保护策略设计

基于模块化多电平换流技术的分区互联装置在城市电磁环网解环方面具有广阔的应用前景,该文重点研究单变压器分区互联装置交流系统单相接地故障和直流系统单极控制接地故障的故障特性。针对交流单相接地故障引起零序电压问题,分析零序电压对故障穿越策略的影响,提出零序电压策略,降低故障情况下的直流侧过电压水平。针对直流单极接地故障引起的交流电流直流偏置问题,分析交流电流直流偏置机理,推导故障情况下交流电流的数学表达式,提出基于切除子模块和闭合子模块旁路开关的保护动作策略。在PSCAD/EMTDC中建立单变压器分区互联装置系统模型,通过仿真分析验证保护控制策略的正确性。

储热技术在太阳能热发电及热电联产领域研究进展

储热技术是太阳能热发电和热电联产领域中的关键技术之一,其以储热材料为媒介,将太阳能光热、工业余热、低品位废热等热能储存起来,在需要的时候释放出来加以利用,以解决能量供给与需求之间的不匹配问题。本文介绍了储热技术的分类与特点,分析了储热技术在太阳能热发电和热电联产领域中的研究进展,展望了储热技术未来的发展趋势。分析结果表明:储热技术有利于提高太阳能热发电以及热电联产系统的热力性能与经济性,未来具有广阔的应用前景。

大容量可控关断的直流输电用电流源型换流器研究综述

可控关断的电流源型换流器(current source converter,CSC)相较于LCC和VSC具有较好的技术优势,逆阻型大功率可关断半导体器件的快速发展为CSC在高压直流输电领域的应用提供了发展契机。针对现有CSC的拓扑、调制方法的优缺点进行调研和对比,分析总结出适用于高压直流输电的LCC-CSC拓扑和特定谐波消除调制方法。将基于LCC-CSC的混合直流输电系统与LCC和VSC进行多方位的对比分析,对LCC-CSC的技术优点、存在的问题及未来研究的方向进行了总结,为CSC在高压直流输电的工程应用提供前期研究基础。

柔性直流与直流电网仿真技术研究

模型等效性高、仿真规模大、实时化以及计算资源需求小,一直是电力系统仿真技术的发展目标。讨论了柔性直流及直流电网的特点,结合实际工程经验,从运行特性、等效建模、数值计算以及控制系统试验等方面对柔性直流和直流电网的仿真技术进行研究。在上述研究的基础上,指出柔性直流与直流电网仿真技术的发展方向是具有多时间尺度、多速率建模与变步长计算能力的数字仿真,以及具有全功能极控/阀控实验能力的功率型数模混合仿真。

面向高比例新能源外送的送端混合级联型特高压直流输电方案

该文提出一种面向高比例新能源外送的送端电压源型换流器–电网换相换流器(self-commutationandflexible control-low cost,high capacity and strong short-time overload capability,VSC-LCC)混合级联型特高压直流输电方案。该方案充分融合VSC可自换相、控制灵活与LCC成本低、容量大、短时过载耐受力强的技术优点,可实现送端换流站多时间尺度动态无功响应、虚拟惯量响应与高频度、宽范围有功调节,有效解决高比例新能源外送所面临的送端系统静态电压稳定、暂态过电压与惯量缺乏等难题,降低送端系统对同步调相机和STATCOM的容量需求。该文充分阐述该方案的拓扑结构与控制策略,定量化分析其适用场景,并进行多种典型工况下的电磁暂态仿真,证明该方案综合性能优越。

同步调相机对分层接入特高压直流输电系统的暂态过电压抑制作用研究

目前已有特高压直流工程采用分层接入方式,同时随着新能源发电占比的提高,送端电网面临着暂态过电压的问题,同步调相机可以抑制过电压,有必要深入研究同步调相机对分层接入特高压直流输电系统暂态过电压的抑制效果。建立了含同步调相机的分层接入特高压直流输电系统模型,理论分析了同步调相机对暂态过电压的抑制机理,针对降功率运行、双极运行双极闭锁、双极运行单极闭锁和高低端换流器同时换相失败4种不同工况,研究了不同台数同步调相机对暂态过电压的作用效果,最后提出了基于暂态过电压的短路比增量指标,定量评估了同步调相机对暂态过电压的作用效果。结果表明所提指标可有效定量评估同步调相机抑制暂态过电压的作用效果,当分层接入特高压直流输电系统整流侧交流系统短路比在3~8变化,投入1台同步调相机后整流侧交流系统基于暂态过电压的短路比增量为0.106~0.396,投入2台同步调相机后基于暂态过电压的短路比增量为0.251~0.788,因此,投入同步调相机可等效提高交流系统短路比,有效抑制送端暂态过电压。

基于电磁-热耦合原理的三芯铠装电缆在低频输电方式下的损耗特性研究

精确分析电缆损耗特性是提高海底电缆经济性、实现深远海风电高效输送的关键问题之一。为此,该文建立三芯铠装电缆的电磁-热耦合仿真模型,研究了缆芯电流在低频输电方式下的不均匀分布特性,并以此为基础,分析IEC标准计算护套感应电压、损耗因子及载流量的误差。研究结果表明,缆芯电流密度平均值点偏离缆芯中心,偏离距离随输电频率的增大而增大,并导致IEC标准计算的护套感应电压和损耗做同向变化,当缆芯半径大于24mm时,护套损耗因子误差明显加剧;当缆芯截面积取2000mm^(2)时,分频及工频下的载流量误差分别达10%和15%左右。计算结果为合理地确定海底电缆载流量奠定了基础。

高压大容量柔性直流输电阀基控制设备及其动态模拟试验研究

渝鄂柔性直流背靠背工程是世界首个用于异步大型电网互联的柔性直流工程。为了对该工程阀基控制设备进行技术研究与出厂测试,研究MMC拓扑及其控制原理,依据渝鄂工程特点进行了阀基控制设备的软硬件设计,搭建了阀基控制设备全规模接入的动态模拟系统,并提出了全面的控制设备试验项目及试验方法。通过测试结果与渝鄂工程现场数据的对比,证明所搭建动态模拟系统的相似性和等效性。该测试平台已在渝鄂柔性直流输电工程阀基控制设备出厂试验中应用,也可为其他柔性直流输电工程控制设备的试验提供借鉴。

晶闸管型可控避雷器无源触发技术研究

晶闸管型可控避雷器可自适应深度抑制特高压系统操作和雷电过电压水平,对于降低系统关键设备绝缘造价具有重要作用。晶闸管阀开关需集成于瓷套内部,而瓷套内径及供电绝缘距离的限制使得晶闸管传统的光电触发方式不再适用。因此,研发适用于该工况的触发电路是可控避雷器功能实现的关键。在此基于击穿二极管(BOD)器件特性设计了一种体积紧凑、经济性高的无源双向触发电路,生产实物后开展了雷电、操作暂态冲击验证试验。试验结果表明,潜在因素对触发电路响应特性的影响可忽略不计,触发电路能够在阈值下可靠导通,且实物满足瓷套内径体积限制,该触发电路适用于可控避雷器。

渝鄂柔性直流输电交直流动态特性及控制保护策略研究

渝鄂柔性直流背靠背工程是世界首个用于异步大型电网互联的柔性直流工程,工程投运后,能够优化西南与华中电网的系统潮流分布,提高电压和频率稳定水平,但同时会带来系统转动惯量和动态阻尼减小等新的问题。因此分别从系统及设备的角度出发,分析工程接入系统后的交互影响。首先,充分调用柔直自身快速功率调节能力,提高接入后电网的稳定性;其次,基于设备的耐压耐流水平,针对近区严重故障,提出了故障穿越策略,保证了设备的安全可靠运行,减少了对交流系统的冲击。对所提的故障穿越策略进行实时仿真测试,验证了策略的有效性。上述所做分析,提高了系统的稳定性,为工程运行提供了技术支持。

弹性压接型IGBT器件封装结构对芯片内部电场的影响研究

高压大功率电力电子器件内部电场的准确计算,是保证器件绝缘设计满足要求的基本条件。首先,在静态场下建立考虑封装绝缘结构和芯片半导体载流子输运过程的耦合电场计算模型,并利用高压芯片反向特性测量平台,测量获得3300V高压芯片的耐受电压,与文中所建立模型的计算结果相对比,结果表明,计及芯片和封装耦合后,芯片耐受电压的计算结果与测量结果之间的误差由不考虑封装时的4.96%降低为0.8%。此外,以文中所使用的3300V高压芯片终端结构为例,应用耦合电场计算模型,计算在不同电压下的弹性压接封装结构下电场的分布分布特性,计算结果表明在2000V下,计及封装和芯片耦合后,芯片内部最大电场为不考虑封装结构时的1.24倍,且最大电场由终端区中部转移到末端。随着施加电压的增加,封装绝缘结构对于芯片电场的影响逐渐增大,芯片终端区表面电场显著增加甚至超过芯片内的最大电场。最后,利用部分电容模型,给出外部封装对于芯片电场影响的机理解释,并分析半导体–绝缘体界面电荷密度以及外部封装绝缘材料的介电常数对于芯片电场的影响规律,该文的结果可为高压大功率器件绝缘设计提供参考。

双导体有损频变均匀传输线的电磁暂态时域仿真模型研究

特征阻抗和传输函数是多导体传输线电磁暂态时域仿真模型中的2个重要参数。该文以有损频变均匀双导体传输线为研究对象,采用相模变换实现传输线耦合量的解耦,在模态域利用Pade近似和Foster电路模型获得特征阻抗的时域等效电路。同时利用拉普拉斯反变换和Prony近似得到传输函数的近似函数。该文基于等效电路和近似函数通过MATLAB编程建立了双导体传输线的电磁暂态时域仿真模型。最后,用该时域仿真模型获得了阶跃激励下传输线首末端的电压响应,并与PSCAD/EMTDC软件仿真结果进行对比分析,验证了所提时域模型的有效性。

高温无铅压电材料研究进展

随着航空航天、石油化工等领域的快速发展以及可持续发展战略的实施,高温无铅压电材料的作用愈发重要。该文总结了具有高居里温度点无铅压电材料的研究进展,主要包括钙钛矿型的BiFeO_(3)基和BiAlO_(3)基陶瓷、铋层状陶瓷、钙钛矿层状结构陶瓷以及铌酸锂、硅酸镓镧和硼酸氧钙稀土等压电单晶。最后总结了目前高温无铅压电材料中存在的问题,并提出其发展方向。

基于混沌脉宽调制的有源EMI滤波器高频抑制效果优化设计方法研究

随着电力电子变换器向高功率密度的趋势发展,对电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)滤波器体积大小的要求也越发严格,有源EMI滤波器(active EMI filter,AEF)具有体积小、集成度高的特点,应用前景广阔。但相较于无源EMI滤波器,AEF在相对高频频段(通常为5~30MHz)存在EMI抑制效果不佳问题。文中以应用广泛的反馈型电流采样电流补偿AEF为例,详细分析运放增益带宽积限制AEF高频EMI抑制效果的机理,首次提出基于混沌脉宽调制的AEF高频抑制效果优化方法,实验结果表明,相同结构的AEF在同等级的低频EMI抑制效果下,基于混沌脉宽调制的AEF可显著降低AEF中所需的运放增益,将EMI高频抑制的有效带宽扩宽5~8MHz。文中提出的优化方法无需增加硬件成本,有效地提高了AEF的EMI高频抑制效果,适用于高功率密度的电力电子装置。

基于有限元法的多导体分布电容自动计算方法及其应用

多导体的分布电容参数是电磁暂态问题分析的基础,为了能够准确高效地得到复杂结构多导体间的分布电容,首先基于电磁场理论推导了以感应系数为待求量的方程组,其次给出了方程组系数矩阵中各非零元素的计算方法,然后基于有限元法计算空间电场能量作为方程组的右端项元素,再通过求解方程组得到感应系数矩阵,最后由感应系数矩阵得到分布电容。将该方法应用于具有解析解的双导体传输线模型的分布电容参数计算问题,对比分析了不同截断边界条件和剖分网格下的计算结果,计算结果表明该方法在适当的截断边界条件和剖分尺寸下,电容计算结果最大相对误差<1%,从而验证了所提方法的有效性。将该方法应用于典型架空线路和绕组匝间的分布电容参数计算,所提出的基于有限元方法计算多导体间分布电容的自动求解方法只需在建模时对多各个导体施加一次边界条件,然后利用所提方法实现方程组的构造、求解和分布电容参数提取,从而大大提高了效率。

用于压接型IGBT器件芯片电流测量的带金属屏蔽层集成PCB Rogowski线圈的研究

柔性直流输电是构建能源互联网的重要途径,其中压接型IGBT器件是柔性直流输电换流阀的核心器件。由于单颗压接式IGBT芯片面积小,通流能力低,为了提高柔性直流输电的输电容量,需要将多颗压接式IGBT芯片并联。但是由于并联芯片电气参数差异,导致IGBT芯片在开关过程中出现不均流以及电流过冲现象。该文在PCB Rogowski线圈集总参数模型的基础上,分析IGBT测试过程中发射极与集电极电压的快速变化形成的电场对PCB Rogowski线圈测量误差的影响,提出用金属屏蔽层来消除电场干扰的方法,并实验验证该方法的有效性。接着仿真和实验分析PCB Rogowski线圈的自感和和分布电容(计及引入屏蔽层后屏蔽层与Rogowski线圈间的电容),首次从等效电路理论模型和实验分析由于屏蔽层引入造成对测量频带范围的不利影响。最后平衡屏蔽层引入的优缺点,设计一款集成的带金属屏蔽层的PCB Rogowski线圈来实时检测特定压接式IGBT器件内部并联芯片的电流。

柔性直流电网故障电流抑制关键技术与展望

能源危机和变革给传统的输电模式带来了巨大的挑战。柔性直流电网以其灵活、可控、高效等特点,成为新的电力输送方式之一,但在关键技术与装备等方面仍存在较多问题有待解决。文中以柔性直流电网故障电流抑制问题为研究对象,首先分析了柔性直流电网对故障电流抑制的技术需求与国内外研究现状。在此基础上,分别从柔性直流电网故障电流分布特性与演变规律、故障限流原理与多维度协同抑制、数字物理动模仿真等方面提出亟待解决的关键技术问题与研究思路。最后,展望了柔性直流电网研究中仍需关注的重要问题。

含多电源的送端电网谐波综合特性研究

大规模高压直流输电的飞速发展、分布式电源和电动汽车的高渗透接入,使得送端电网中谐波污染日益严重。送端电网的谐波由过去的低次谐波为主、特定次谐波含量较多的特点向宽频次转化。对以新疆电网为例的送端电网中火电、水电、风电及光伏发电等电源进行机理分析,确定了火电和水电可当作理想电源,而风电及光伏发电为谐波源。并分析了送端电网中的各类负荷,得到其谐波特性。继而,分析了谐波在各电压等级间的传递特性、多谐波源叠加机理以及不同电压等级间谐波相互作用机理。最后,利用ETAP软件对新疆电网中的谐波特性进行了仿真分析,验证了所归纳的送端电网谐波特性的正确性。

直流电网潮流控制器研究与应用综述

多端直流输电与直流电网技术是解决新能源发电集中并网和远距离传输问题的有效方案。直流潮流控制器(DCPFC)是直流电网稳态潮流调节的核心装备,也可为直流短路暂态故障电流抑制提供限流能力。文中概述了直流电网的发展现状及其对DCPFC的需求,归纳对比了已有DCPFC的工作原理、优缺点和研究现状,着重分析了线间DCPFC的潮流转移原理、拓扑结构和样机进展,总结了故障限流型DCPFC的限流原理、拓扑结构和实验样机。最后,对DCPFC研发和应用中的关键问题进行了展望。