模块化多电平换流阀子模块用真空旁路开关设计

模块化多电平换流阀(MMC)子模块的可靠性直接影响到柔性直流输电系统的整体稳定性,旁路开关是决定子模块关断性能的关键设备之一。文中基于永磁机构的工作原理和理论建立一种双线圈旁路开关模型,利用仿真分析电容储能电压、电容值、线圈线径和匝数以及弹簧参数对开关动态特性的影响规律,并对其动态特性进行优化设计。最后根据仿真结果制作样机并进行试验验证,测试结果表明:旁路开关满足在3 ms内合闸,零弹跳的技术要求,且通过雷电冲击试验、工频耐压试验、方波电压试验3项绝缘试验。

基于CCM交错并联Boost温差发电技术的研究

温差发电是利用温差半导体材料的赛贝克效应产生电能的一种新型发电方式,Boost变换电路是其工作的核心部分。文章分析了在电感电流连续模式(CCM)下两相交错并联Boost电路的拓扑结构及其各工作状态模型,得出了交错并联Boost电路抑制纹波的理论依据。在理论分析的基础上,进一步提出了将其应用于温差发电过程中电压的控制和最大功率跟踪,并进行了相关实验分析。理论和实验证明,该电路具有电压控制精度高、纹波系数小等优点,并最终通过最大功率跟踪技术大幅提升了温差发电的效率。

基于PR控制器的改进型虚拟同步发电机技术

电压控制型虚拟同步发电机技术(VSG)和电流控制型虚拟同步发电机技术是目前较主流的2种虚拟同步发电机技术。针对原有VSG技术对有功功率和无功功率的跟踪特性较差问题,提出一种改进型VSG技术。通过嵌入PR控制器,一方面可对有功功率和无功功率进行前馈补偿,以改善原有VSG的功率跟踪特性,使其能更好地适应并网,另一方面能实现在特殊情况下由改进的VSG平滑切换到原有VSG,以适应频率、电压快速变化的电网。在RT-LAB半实物仿真平台的实验验证了所提控制策略的正确性和可行性。

计及剩磁的中性点不接地变压器选相合闸仿真与实验

选相合闸技术可以有效抑制空载变压器励磁涌流,传统的合闸策略只适用于中性点接地的变压器,针对中性点不接地变压器的选相合闸策略少有研究。为此,分析了空载变压器选相合闸的基本原理,研究了中性点不接地变压器空载合闸暂态过程中铁芯磁通的变化规律,并提出了针对中性点不接地变压器的选相合闸策略;基于PSCAD/EMTDC软件和动模实验平台对所提选相合闸策略进行了仿真和实验验证。仿真和实验结果表明:随机合闸产生的励磁涌流高达7.7倍额定电流,而采用所提选相合闸策略进行选相合闸的励磁电流均在额定电流46%以下;所提选相合闸策略能够有效地抑制中性点不接地空载变压器励磁涌流。

分散式电动汽车入网策略研究

电动汽车数量的增长及其用电需求的增加将会对电网产生明显的影响,针对电动汽车用户行为的随机性和特殊性,分析了分散式电动汽车充放电模型;充分考虑电价和充放电电池折算成本对用户行为的影响,采用削峰填谷调度策略,引导用户在低谷时期充电、高峰时期放电;引入博弈的概念分析用户间行为模式,建立分散式充放电博弈模型,通过求解其纳什均衡来求解最优调度策略;最后以某区域内数据进行算例仿真,验证了模型的合理性和有效性。

基于Prony算法的串补空载线路选相关合最佳合闸时刻研究

为提高系统的稳定运行水平,会在大容量、远距离的电力系统中加装串补装置,但加装串补装置会破坏线路均匀性,使线路上出现严重操作过电压,严重危害电力设备的绝缘。文中根据空载线路过电压产生的基本原理,采用选相关合技术抑制串补输电线路过电压。首先研究了过电压幅值与合闸相位的关系,给出了串补输电线路选相关合策略;其次提出利用Prony算法预测电压过零点,确定最佳合闸时刻;在PSCAD和MATLAB软件中搭建串补输电线路重合闸模型,对暂态过程进行了仿真,仿真结果验证了Prony算法的准确性和可行性,同时表明了选相关合串补输电线路能大大减小合闸过电压;最后分析了断路器合闸过程中绝缘衰减率RDDS和合闸时间分散性对合闸时刻的影响,得出不同关合特性下的最佳合闸时刻。

一种原边控制单级PFC变换器LED驱动电源

针对传统Buck-Flyback单级PFC变换器只能采用副边反馈控制方式实现LED恒流,从而导致变换器结构复杂、体积大、成本高的缺点,提出了一种基于原边控制的Buck-Flyback单级PFC变换器LED驱动电源。分析了驱动电源主电路的工作原理和原边控制策略的恒流原理。最后设计了一台输入AC 90~264 V、输出300 m A/12 W的实验样机进行了实验验证。

基于多路隔离驱动电源的Buck PFC变换器

电能质量决定着多路隔离驱动电源的稳定性和效率,为此设计了一种Buck型功率因数校正(PFC)变换器,该变换器以UCC29910A为控制芯片,通过分析Buck PFC变换器架构原理和Buck电路工作过程,确定了电感、变压器等相关器件参数,并采用平均电流控制策略实现了功率因数校正的目的。利用Simplorer和Ansoft仿真软件对该控制策略下的功率因数校正效果进行仿真研究,并制作了一台80 W试验样机对理论分析的可行性和有效性进行验证。验证结果表明,该变换器在通用线路电压输入范围内可获得95%以上的功率因数,满足IEC61000-3-3规范的要求。

基于双PI的SRM直接瞬时转矩控制系统的研究

基于开关磁阻电机(SRM)直接瞬时转矩控制(DITC)的思想,采用双比例积分(PI)控制,结合转矩分配函数,使三相瞬时转矩跟踪三相参考转矩,从而实现对电动机的控制。为验证控制的有效性和可行性,以一台11 kW的3相12/8极SRM为对象,采用数字信号处理器(DSP)为核心控制板搭建实验平台。实验结果表明,基于双PI的SRM DITC系统在电机的空载和带载实验中均达到了预期的效果。

超快速隔离开关电磁斥力机构设计及试验研究

直流断路器的故障切除时间主要决定于关键元件超快速隔离开关的动作时间。文中对超快速隔离开关的电磁斥力机构工作原理进行研究,得到建立电磁斥力机构的有限元模型。仿真分析线圈参数、金属盘尺寸等因素对超快速隔离开关动态特性的影响,在此基础上对电磁斥力机构参数进行优化。最后对设计超快速隔离开关进行动态特性测试,测试结果表明设计的电磁斥力机构能满足超快速隔离开关2 ms运动到耐受故障切除过程中的暂态开断电压TIV的绝缘距离要求,验证了设计的有效性,为混合式高压直流断路器的实现提供了保证。

微电网中基于公共负荷侧电压的改进下垂控制

针对多逆变器并联的微电网系统,以均匀分配各逆变器无功功率,减少各逆变器输出电压降落为目标,文章对改进传统下垂控制方法展开了研究。首先在分析了传统下垂控制方法分配逆变器无功功率不均匀机理的基础上,提出了一种引入公共负荷侧电压反馈的下垂控制方法;然后小信号分析方法对该策略进行建模,为系统参数设定提供了理论依据;最后通过MATLAB仿真来验证本文的控制策略,仿真结果显示,在不影响有功负荷在分布式电源间分配的情况下,能够改善分布式电源间无功出力的分配关系,提高微电网的供电质量。

基于改进下垂控制策略的微电网无功均分研究

由于分布式电源自身容量、线路阻抗不同等原因,在并联系统中采用传统下垂控制策略,不仅会造成各微源不能按照相对应的下垂系数进行无功功率均分,也会影响电能质量,为此提出一种基于虚拟阻抗的改进下垂控制策略,首先分析了功率均分机理及影响因素,在此前提下通过引入虚拟阻抗削弱系统中的功率耦合关系,同时对电压和频率进行调节,从而实现系统的功率均分并保障电压与频率的稳定输出;最后在Matlab/Simulink环境中验证了该控制策略的可行性与有效性。该改进策略保证了有功负荷与无功负荷在各分布式电源间的合理分配,提高了能量利用率与系统稳定性。

断路器均压电容对空载变压器选相关合的影响

选相关合是一种抑制空载变压器励磁涌流的有效措施,剩磁测量是实现空载变压器选相关合的关键,主要研究了断路器均压电容对空载变压器选相关合的影响。首先,通过理论分析发现,使用装设均压电容的断路器切除变压器后,变压器铁心剩磁为周期性的动态值,而不是通常认为的稳定值;其次,对断路器均压电容对变压器铁心剩磁的影响进行了仿真分析和实验研究,仿真和实验结果表明：剩磁水平随均压电容的增大而降低。最后,提出以动态剩磁整周期内的平均值作为剩磁水平,来确定最佳合闸相位进行选相关合的策略,仿真和实验结果验证了其有效性。研究结果对于空载变压器的选相关合具有一定的指导意义。

一种改进的开关磁阻电机角度位置控制方法研究

针对开关磁阻电机(SRM)调速系统提出了一种改进型的角度位置控制(APC)方法。利用多项式拟合得到电感-位置-角度关系,通过分析开通角和关断角对电机运行特性的影响,设计速度环比例积分微分(PID)控制器,完成对SRM开通角和关断角的双角度控制(DAC)在线调节。仿真和实验结果表明所提DAC对SRM具有较好的调节效果,且转矩脉动小,验证了所提方法的正确性和有效性。

基于Cuk PFC变换器的LED驱动电源设计

针对传统仅使用功率因数校正(PFC)变换器设计的AC-DC LED驱动电源存在由2倍工频输出电流纹波造成的频闪问题,提出了一种基于Cuk PFC变换器的无频闪LED驱动电源。通过简单的电压模控制,所提变换器可以同时实现功率因数校正和低2倍工频输出电流纹波,实现高功率因数和LED无频闪。最后,通过一台11.2 W的实验样机验证了理论分析的正确性。

计及剩磁的空载变压器选相合闸研究

随机合闸空载变压器产生的励磁涌流容易引起电力变压器差动保护装置误动、绕组机械应力增大以及电能质量降低等问题。采用选相合闸技术来抑制空载变压器励磁涌流。实现空载变压器选相合闸的关键是有效预估变压器切除后铁芯中的剩磁。在分析选相合闸空载变压器原理的基础上,提出基于数值积分的铁芯剩磁测量方法。采用PSCAD/EMTDC软件对变压器空载合闸进行了仿真,仿真结果验证了选相合闸技术的有效性。搭建空载变压器选相投切试验平台,进行了空载变压器随机合闸、选相合闸试验。试验结果表明:与随机合闸相比,计及剩磁的空载变压器选相合闸能够有效地抑制励磁涌流,同时验证了剩磁测量方法的有效性。最后,针对三相联动断路器提出了相适应的空载变压器选相合闸策略,仿真结果验证了其有效性。

基于DSP的微逆变器双频率控制方法及实现

传统交错反激微逆变器原边电流峰值与变压器体积、损耗较大。针对此问题,提出了一种基于原边峰值电流控制且电感电流断续模式(DCM)的双频率控制策略。推导了DCM模式下的参考电流表达式,并在此基础上,详细分析了双频率控制策略中开关频率切换点的选取原则,推导了其选取表达式。该策略可根据负载大小变化自动调节开关频率,在减小峰值电流的同时最大程度上减少开关次数,减小开关损耗。最后,通过PSIM仿真分析验证了设计的有效性,并研制出了以数字信号处理器(DSP)为核心控制器的实验平台。实验结果表明,该控制策略在减小原边电流峰值的同时能保证系统效率并实现较小的并网电流谐波畸变率(THD)。

光伏系统中一种改进的冗余型DC/DC变换器的研究

由于DC/DC变换器工作频率高,常常导致开关管(IGBT)出现故障,为此研究了一种改进型冗余DC/DC变换器。当主开关管出现故障(短路或断路)时,该变换器能立即关断主开关管,开通辅助开关管,使系统快速恢复正常工作状态。同时,搭建了基于冗余型DC/DC变换器的三相光伏并网发电系统。实验结果表明该改进型冗余变换器切换平滑性好,扰动低,且系统恢复常态时间短。

基于多物理场耦合的高速机械开关气体缓冲仿真研究

针对高压直流断路器用的气体绝缘高速机械开关行程短、分闸速度高和机械冲击大的问题,文中提出一种气体缓冲系统用于降低触头运动速度和提高开关机械、电气性能。气体缓冲的高速机械开关的运动涉及瞬态电磁场、气流场和机械场等多物理场问题,文中采用多物理场耦合方法,利用有限元软件建立气体缓冲的高速机械开关动态模型,仿真了气体缓冲的高速机械开关运动特性,并分析了气体缓冲系统参数对开关动态性能的影响。仿真结果表明,电磁斥力机构的金属盘高速运动导致内部气流场变化和产生的气体阻力能有效实现高速机械开关的缓冲,同时气体压力在运动的最后阶段能恢复到初始气压,为高速隔离开关的快速重合闸操作提供保证。

一种提高无功功率均分精度的下垂控制器

低压微电网在孤岛模式运行中,受馈线阻抗影响较大,传统下垂控制的方法很难对无功功率进行合理分配,导致分布式电源间产生无功环流,影响系统稳定性。为了解决上述问题,提出了一种自适应的下垂控制器。在该策略中,下垂控制器通过增加下垂增益使无功功率达到平均分配,自动调整空载电压来消除由于下垂增益的变化而产生的电压降,维持了系统电压稳定。通过控制机理分析,在功率负载扰动的情况下,利用Matlab/Simulink 分别对传统和改进的下垂控制算法进行了仿真实验分析。结果验证了改进的下垂控制策略不仅能够快速有效地稳定系统的电压和频率,还提高了无功功率均分精度。