大规模电力电子设备接入的电力系统混合仿真接口技术综述

随着电网互联规模的扩大以及大量电力电子设备的接入,为更好地满足对电力电子设备接入后的复杂电力系统仿真分析的需求,采用机电暂态与电磁暂态结合的混合仿真能够很好地解决系统仿真规模、速度和精确性的问题。论述了机电-电磁暂态混合仿真技术的发展历史和现状,对现今国内外采用的混合实时仿真平台进行了归纳总结。在此基础上,就混合仿真接口技术的关键问题从等值形式、数据转换、接口位置选择和交互时序4个方面进行了详细讨论。论述了各个方面的内容、技术难点以及面临的主要问题。最后,提出了混合仿真技术未来可能的发展方向及相关问题。

基于矢量距免疫算法的电力系统最优潮流计算

将基于矢量距理论的免疫算法应用于最优潮流计算,并在计算中引进自适应交叉和变异算子,根据抗体个体的适应度大小来动态调整交叉率和变异率,很大程度上保护了每代中的较优个体。根据最优潮流中控制变量的特点,运用浮点数编码方法,无需解码,计算简单;通过用IEEE 30节点标准测试系统计算多次,燃料耗费显著改善,表明了所用方法的可行性和有效性。

探究电力系统中电力电子变流技术的应用分析

电力系统在社会经济发展中有着非常重要的作用,其供电效果也对整个社会的发展和人民生活有着重要的影响。随着科技信息的日益发展,电力系统对新技术的应用也越来越频繁。在这当中就有一项应用比较广泛的技术,即电力电子技术。它的应用使电能得到了相应的变换和控制,推动了电力系统的广泛发展。而电力电子技术中的变流技术对电能优化和提高电力系统的效率等方面都有着积极的作用。本文就电力电子变流技术和它在电力系统中的应用及作用做了相关分析,以使这项技术能够在电力系统中充分发挥其作用。

基于M3C的柔性低频输电系统启动控制策略研究

基于模块化多电平矩阵变换器(M3C)的柔性低频输电系统,其在远距离大容量输电、城市电网和海上风电送出等领域具有较大的应用潜力,近年来得到了广泛关注。目前对该系统启动控制策略的研究还较少,为此文中对该领域开展相关研究。首先对柔性低频输电系统结构和M3C基本原理进行研究,分析出了启动过程中将会面临的问题。然后结合全桥子模块特点为M3C设计合理的充电策略,并以双端M3C柔性低频输电系统为对象设计合理的启动逻辑,确保启动过程中低频断路器无冲击合闸并实现站间无扰动连接,同时在M3C解锁及低频电压建立过程中降低电流冲击。最后通过在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建仿真模型进行仿真研究,验证了所提启动控制策略的正确性和可行性。文中所提启动控制策略安全、可靠且易实现,具有较高的工程应用价值。

基于双层优化的微电网系统光储容量配置方法

针对工业园区供电容量不满足用电负荷需求的情形,通过研究微电网系统用电策略,提出一种微电网双层优化模型。优化模型外层建立光伏-储能系统经济效益模型,以投资回收期、内部收益率作为经济效益的评价指标;内层以微电网、负荷、储能系统的运行状态等作为约束条件,同步考虑分布式光伏、储能系统与负荷间的配合,以供电可靠性作为评价指标,设置储能系统充放电运行策略。选取西北地区某工业园区作为应用场景,对优化模型求解,得到微电网系统最优容量配置。同时,对比分析改进优化方案和满足持续供电的储能容量配置方案,发现所提储能容量配置可实现最优经济效益,结合实际验证了该模型的有效性和可行性。

柔性直流输电系统的功率模块涡流损耗及其温升分析

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电在电力传输领域有着广阔的应用前景,而主回路母线的大电流会在功率模块的铁磁框架中产生涡流损耗,导致不必要的温升。因此文中针对柔性直流输电换流阀的功率模块建立电磁模型,对其进行电磁—热耦合仿真分析,得出了涡流损耗和温度的分布特征。根据仿真结果及相关分析,提出了3种改进温升问题的方法,对功率模块设计具有一定的指导意义。最后通过实验验证了仿真结果的真实性和改进方案的有效性,为今后功率模块的设计制造和模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的运行管理提供参考依据。

一种用于新型大功率电力电子装置的高功率试验系统

大功率电力电子装置的测试和考核是保证装置在正常运行条件下以及故障条件下能完成预定的工作目标而不损坏和影响系统的运行。笔者介绍了一种用于新型大功率电力电子装置试验的高功率试验系统,详细说明了该系统的组成和试验能力。根据该新型大功率电力电子装置试验系统的功能需求,高功率试验系统将划分为三个功能试验区即功补试验区、变频试验区、整流试验区。各功能试验区将能够满足各类新型大功率电力电子装置的出厂试验和型式试验。该新型大功率电力电子装置试验系统将具有硬件结构可靠性高、操作方便和测量精度高等特点,可满足实际工程应用的需要。

风光发电制氢供电系统稳态运行研究

对于风光发电制氢系统来说,其供电系统也是必不可少的关键环节。现有供电技术多采用交流输电方式,给直流负荷供电时电力变换级数多,涉及设备较多,且需要配备无功补偿装置,经济性较差。针对上述问题,本文以某风光发电制绿氢项目为依托,对风光发电制氢供电系统进行设计与研究。整个供电系统采用直流输电方案,系统中的核心设备大功率直流变压器采用模块化设计,子模块采用谐振型双有源桥直流变换器拓扑,控制策略采用适合工程应用的单重移相控制。同时,根据光伏、风机、储能电池及电解槽的设备特性进行等效,利用PSCAD/EMTDC搭建系统仿真模型,以此对风光发电制氢供电系统的稳态运行特性进行分析。从仿真模型的稳态运行结果可以看出,储能系统可以稳定的建立直流母线电压,各端口高压侧的直流电压稳定,各DCT的输出功率与设置的功率基本相同。负荷侧的AWE电解槽和PEM电解槽供电电源稳定,且纹波系数可以控制在0.1%以下,完全满足电解槽对供电电源的要求。

高压直流换流阀无源宽频等效电路模型的建模

作为高压直流换流站中的关键设备之一,换流阀的宽频特性是一个颇受人们关注的问题。文中以晶闸管换流阀为对象,建立换流阀的无源宽频等效电路模型。采用矢量匹配法对晶闸管、均压电容器和阻容回路的频率阻抗特性进行有理函数逼近,得到极点—留数形式的有理多项式;利用网络综合原理将有理多项式分解和综合,得到宽频有源电路网络。依据端口无源的条件使用序列二次规划法进行端口无源优化,并使用全局优化算法进行严格无源优化,得到换流阀的无源宽频等效电路模型。

高压直流输电用电力电子装置的短路电流试验系统研究

通过研究国内外换流阀短路电流试验系统的发展现状,结合实际工程需求,文中提出了一种适用于高压直流输电用电力电子装置的短路电流试验系统建设方案,并且通过建模仿真、参数计算、等价性论述对该方案的可行性进行论证。结果表明:该短路电流试验系统方案输出的短路电流波形满足标准要求,幅度满足工程需求。该高压直流输电用电力电子装置短路电流试验系统方案的提出为后续短路电流试验系统的建设奠定了技术基础,该短路电流试验系统方案也可作为其他电力电子装置短路电流试验系统建设的一种参考。

柔直阀段测试平台谐波电流分析及调制方法影响研究

柔直阀段测试平台是对换流阀功率模块电气应力等效测试重要手段,本文依据阀段测试平台拓扑及调制方法分析电感电流谐波产生机理,研究固定值调制和平均值调试两种方法的电感电流直流分量、2次谐波和3次谐波与基波比例解析表达式,提出基于平均值调制的2次谐波电流抑制方法。在Matlab/Simulink中搭建仿真平台对两种方法建模精度和控制性能进行对比分析,结果表明两种调制方法谐波电流解析表达与仿真结果差别小于7.9%,验证了理论分析的正确性。平均值法相较于固定值法能有效降低2次谐波电流50%,验证了所提方法的有效性。

基于抗偏移特性的电动汽车双拓扑补偿网络研究

针对无线电能传输系统中耦合机构易偏移导致系统输出电流变化的问题,研究具有抗偏移特性的电动汽车双拓扑无线电能传输系统。首先,通过对双边LCC补偿网络拓扑的分析,探讨了谐振频率、输出功率、传输效率等之间的关系,并讨论了系统在错位工况下的建模分析及相应解决方案。结果显示,S-S拓扑在错位情况下功率变化较大,而LCC-S和LCC-LCC在水平错位范围内,功率变化系数(PVF)值较稳定。S-S拓扑在零错位时传输效率最高,但随着错位增大效率会急剧下降;LCC-S和LCC-LCC在小错位情况下效率较高,但在失谐状态下传输效率受影响较大。综合来看,虽然LCC-LCC拓扑的传输效率较低,但在错位情况下波动较小,适合动态无线充电场景。

双系统冗余热备EtherCAT主站的设计与实验

EtherCAT总线技术凭借低成本、高性能的优势已广泛应用于工业控制领域。针对目前EtherCAT主站产品普遍无法同时满足线缆冗余和热备份运行,设计了一种双系统冗余热备主站方案。该主站设备由2个主站模块与1个冗余控制模块协同工作,主站模块负责控制网络中的从站设备,冗余控制模块在监视主站模块并仲裁其激活/备用状态的同时还通过其内部网口切换组件控制仅激活的主站模块接入网络。方案中主站模块基于龙芯微处理器设计,冗余控制模块基于意法半导体微控制器设计,所选用的主要软件如实时操作系统(SylixOS,RT-Thread)以及协议栈(SOME,libmodbus)均为开源产品。最后对所设计的主站设备进行测试验证,结果证明该主站功能完整性能优秀,既保留了线缆冗余机制还实现了双系统冗余热备份运行,能够在激活系统故障后毫秒级时间完成系统切换,可靠性满足大多数工业控制应用场景对主站控制器的要求。

电阻器安装位置对双调谐滤波器性能影响的分析

双调谐滤波器是目前高压直流工程中采用最普遍的交流滤波器,其中电阻的阻值大小和连接方式均影响滤波器的滤波性能。本文介绍了双调谐滤波器中电阻器的常规阻值选择和连接方式,对采用不同的电阻器阻值和连接方式的滤波器性能进行研究。通过计算研究滤波器阻抗—频率特性,分析不同滤波电阻器配置下的双调谐滤波器滤波性能,并以典型高压直流输电工程为例,给出配置原则和建议,对实际工程滤波器的设计具有一定的指导作用。

储能用汽轮发电机护环通风孔对其疲劳寿命影响的研究

通过在汽轮发电机转子护环上设置通风孔,可以显著改善转子端部的冷却条件,特别是发电机转子端部使用外部冷却型式,其线圈温度最高点处于转子端部的护环下。然而,在护环钻孔会导致护环在通风孔附近产生应力集中,尤其是在发电机需要频繁启动和停止的工况下(如空气储能发电应用中),可能会导致护环出现疲劳损伤的风险,故研究护环开孔对其疲劳寿命的影响至关重要。本研究遵循ASME设计规范的疲劳校核流程,运用有限元方法进行应力分析,并根据ASME设计规范的应力线性化、疲劳筛分程序及疲劳损伤计算理论对有限元计算结果进行处理和疲劳损伤计算,从而得到了护环开孔对其疲劳寿命的影响结果,通过优化设计,提出了改进护环疲劳寿命的方法。

±525kV/3000MW柔性直流输电IGCT-MMC换流阀研制

基于IGCT的柔性直流输电模块化多电平换流阀(MMC)具有低成本、低损耗、高可靠等潜在优势,在未来陆上大规模新能源送出以及深远海风电并网等应用中具有广阔的前景。在对比集成门极换流晶闸管(IGCT)和绝缘栅型双极晶体管(IGBT)两类功率器件技术性能基础上,介绍了±525 kV/3000 MW柔性直流输电IGCT-MMC换流阀的产品设计。依据IEC 62501标准,完成了IGCT-MMC换流阀产品的第三方见证试验。试验结果表明,所研制的IGCT-MMC换流阀产品技术性能符合设计要求。

换流阀内冷却系统均压电极结垢分布规律

高压直流输电换流阀内冷却系统的冷却结构具有多种类型,但均不能规避针形均压电极的表面结垢问题。现场测量和统计了四重阀塔螺旋型主水路、二重阀塔S型主水路、并联型阀组件内水路等典型结构阀内冷水路中的均压电极结垢厚度分布,统计分析了电场和流体场等环境因素对电极结垢分布情况的影响,计算了内冷水路不同位置均压电极的电流大小及其表面电场分布情况,仿真分析验证了电极电压极性和电流对结垢分布情况的影响。结果表明,均压电极的相对电压极性是影响其结垢程度的主要因素,阀塔和阀组件中高电位处正极电极表面更易形成结垢,结垢厚度与电极表面阳极方向电流直流分量的大小呈正相关,电极表面结垢形态与电极电流的分布情况具有明显的一致性。

高压换流阀内冷却系统水路环形均压电极应用研究

高压换流阀内冷水路中安装铂制针形均压电极是限制水路与散热器之间泄漏电流的主要措施,但存在电极表面结垢且易脱落而引发水路堵塞的问题。因此,提出了一种环形电极替代针形电极的解决方案,在实验室进行了环形电极与针形电极的模拟结垢试验,对比分析了两种均压电极上结垢物的分布特征。结果表明:设计的环形电极表面结垢速率降至针形电极的十分之一,且结垢物不易因过厚而发生脱落;同时,环形电极能够完全消除支流管水路两端电位差,从而大大抑制了因水路泄漏电流而导致的金属散热器腐蚀。

换流阀内冷却系统均压电极结垢的计算

换流阀内冷却系统中的均压电极结垢现象威胁着直流输电工程的安全可靠运行。建立了单、双和三电极3种典型结构电极系统的计算模型,提出了带电粒子由向电极聚集直至在电极表面沉积的两阶段分析方法,采用有限元法计算了不同流速冷却水及电极电流下均压电极周围带电粒子的分布特性,运用电泳沉积仿真原理计算了带电粒子在各电极体系表面沉积的过程,结果表明循环流动冷却水中电极对带电粒子的捕获存在电流阈值,工程实际条件下单、双和三电极的捕获率分别约为12.6%、33.3%和33.9%,运用电泳沉积仿真原理计算得到的结垢在形态和生长特征上与工程实际具有极高的一致性。

鲁西异步联网工程MMC环流抑制对换流器输出电压谐波的影响

本文依托鲁西异步联网工程柔性直流换流单元开展研究,从换流器的基本原理出发,分析了模块化多电平结构换流器的桥臂环流对换流器输出电压的影响,分析表明无论有无桥臂环流,换流器输出交流相电压中均包含以3次为主的3、5次及以上奇数次谐波分量,而采用了环流抑制后换流器输出交流相电压3次谐波会有所下降,但并不能完全消除;采用了基于PR控制器的环流抑制策略来抑制鲁西工程柔直换流单元的桥臂二次环流谐波;通过PSCAD/EMTDC模型搭建了鲁西工程柔直换流单元的仿真模型,通过仿真计算数据和鲁西工程现场录波数据进行对比验证,证明了推导和分析的合理性及所采用的环流抑制控制策略在工程中应用的有效性。