单相太阳能光伏并网发电系统的仿真研究

在进行系统试验之前都需要基于仿真软件,搭建系统仿真电路,根据系统实际参数进行仿真实验以验证参数设计的正确性。基于3 kW的单级式单相太阳能光伏并网发电系统,在MatlabR2006a/Simulink仿真环境下,先将系统的三个模块:光伏阵列、并网逆变器和控制系统分别独立仿真,最后把它们组合起来建立整个系统的仿真模型,仿真结果验证了系统设计的正确性。这种仿真方法对相关系统的仿真具有一定的参考价值。

变压器对LCL型SVG多模块并联系统稳定性的影响

采用LCL滤波器的SVG(static var generator)多模块并联补偿时,受并联模块数量以及系统变压器的影响,使得原本可单独稳定运行的SVG模块,不能满足此类系统的稳定性要求。在研究变压器对SVG多模块并联系统影响的基础上,验证了传统有源阻尼设计方法适用性的不足;进而对传统有源阻尼的设计进行了修正,给出了电容电流反馈系数和电流调节器参数的取值范围。改进的整定方法使得此类系统控制参数的设计更为准确,系统的响应和稳定裕度改善明显。仿真结果验证了所提方法的正确性与有效性。

高压直流输电用晶闸管关断特性分析及建模仿真

大功率晶闸管关断特性中的反向过电压可能会造成设备故障甚至威胁电网安全运行。搭建了实验回路,对6英寸晶闸管进行了关断特性实验,分析了晶闸管正向电流峰值、换向电流变化率和回路电感对晶闸管关断特性包括反向电流峰值、反向电压峰值、反向恢复电荷和反向恢复时间的影响。基于Simulink搭建了具有反向恢复过程的晶闸管模型,对模型函数的特征参数进行了矫正;对比分析仿真和实验结果,二者波形基本吻合,反向恢复过电流峰值IRM误差小于2.5%,反向恢复过电压峰值URM误差小于8.1%,结果验证了晶闸管关断特性仿真模型的准确性和适用性。

特高压晶闸管阀运行试验控制保护系统研发

为了更加有效地满足IEC60700-1标准规定的特高压晶闸管阀的试验要求,保证晶闸管阀运行试验回路的可靠、稳定运行,设计了一套控制保护系统。该系统由控制/保护主机、人机接口、触发脉冲控制装置、模拟量测量等功能模块组成,系统内的PCI总线、CAN总线和TDM总线用于各功能部分之间的数据传输。系统对试验回路的电流源/电压源和辅助设备独立控制、触发脉冲参数灵活配置、试验项目自动切换,整个试验过程灵活、稳定;保护系统实时监视系统运行状态,对一次回路提供全面、有效的保护,保证一次设备的安全。运行试验系统的试验结果满足各项试验要求,证明了控制保护系统的可靠性和有效性,为我国特高压晶闸管阀以及相关领域的研究和开发提供了坚实的基础和平台。

基于带宽的PMSM飞轮储能系统PI控制器参数设计方法

相较于传统的电机控制系统,飞轮储能系统中电机的额定频率较高。PWM调制和采样部分的延时环节在控制系统中的影响不可忽视,已有的基于带宽的PI参数设计方法会使控制系统在频率较高时存在很大的相位滞后。在考虑延时环节的情况下推导了电流环的闭环传递函数、分析了其进行降阶处理的条件,并提出了一种新的基于带宽的电流环PI参数设计方法。同时将该方法应用于转速环和电压环的设计,实验结果证明了所提出方法的正确性和可行性。

H桥拓扑级联的单相换流链实验系统设计

H桥拓扑具有三电平输出特性,广泛用于高压变频器、静止无功发生器(SVG)等领域。H桥换流链的传统测试方案采用单个H桥背靠背互馈,存在开关频率低、电流谐波大、与单相级联拓扑差异大的缺点。针对这些问题,提出一种新型换流链实验系统方案。首先,采用两条多模块级联的换流链进行无功互馈,与单相级联主回路等效,控制算法与实际产品的等价效果更佳。其次,提出新型改进比例积分谐振(PIR)调节器来抑制并联环流问题,引入相位超前补偿函数克服PIR调节器的滞后性,改善电流总谐波畸变率(THD)。仿真与实验结果表明,实验系统可实现对单相级联H桥换流链的电流、电压测试,满足运行实验要求。

基于ICEPAK的SVG功率柜散热系统分析

随着电力电子技术的发展,SVG以明显的优势,在风电厂和光伏电厂得到了越来越广泛的应用,其主要电子元件IGBT的散热得到越来越多的关注。针对SVG功率柜单柜结构和功率模块中IGBT的布置,对某10k V/3MW SVG功率柜单柜散热系统进行了分析。利用ICEPAK分析软件对SVG单柜在不同风机下的通风散热过程进行分析,为柜体设计前期风机的选型提供了相应的理论依据;此外,还讨论了柜体风道尺寸调整对整体散热效果的影响趋势。从而借助数值分析的手段能够优化风机选型,也为柜体风道尺寸的结构设计指明方向。

基于5英寸晶闸管的±800kV特高压直流输电换流阀组件的研制

许继柔性输电系统公司借鉴超高压换流阀组件的成熟技术,研制出了基于5英寸晶闸管,额定电流为3125A的特高压换流阀组件,并对其进行了相应的例行试验。试验结果表明,该组件的特性完全满足±800kV特高压换流阀的要求,从而为±800kV特高压换流阀的成功研制奠定了基础。

小功率光伏并网逆变器控制策略的研究

为减少开关频率引起的电流谐波和实现电气隔离,采用带T型滤波器和工频隔离变压器的并网逆变器拓扑。针对传统电流SPWM控制响应速度慢和单纯采用电流PI控制不能消除电网扰动对并网电流影响的缺点,提出了电流PI和电网电压前馈相结合的SPWM电流瞬时值跟踪控制。通过对光伏并网逆变器控制原理的理论分析,设计了并网逆变器控制模型,并推导出各个控制环节的传递函数模型,最后进行了电流环PI调节器的设计。通过对Matlab仿真结果分析,表明该种控制策略是可行的。

模块化多电平变流器桥臂电感参数设计

桥臂电感作为模块化多电平变流器的重要组成部分,其电感值的选取对于变流器稳定运行极为关键。从桥臂谐波电流分析入手,通过分析换流器拓扑结构与工作原理,详细推推导了各次环流幅值与桥臂电感值之间的约束关系,得出了系统通用矩阵方程。在此基础上,提出一种能够避免换流器谐振且能满足系统功率运行范围、环流限制要求的桥臂电感值的设计方法。基于Matlab/Simlink的舟山柔性直流输电工程实例仿真结果验证了所提方法可行。

模块化多电平变流器稳态运行特性分析

在考虑桥臂电流包含所有次谐波成份的基础上,提出一种新的模块化多电平变流器(MMC)稳态运行特性分析方法。通过研究分析MMC内部各电气变量间的耦合关系,推导得出系统通用矩阵方程,进而得到桥臂电流、子模块电容电压、相间环流等电气变量解析表达式,并总结了各变量稳态运行规律。该方法计算过程相对简单,计算结果更为精确。基于23电平MMC背靠背平台的仿真、实验结果与理论分析结果对比,证明了所提方法的可行性与可靠性。

优化模型预测控制与级联控制策略下MMC运行特性对比

对于模块化多电平换流器,模型预测控制具有预测状态多,计算量庞大,现有处理器无法实现的缺点。为此,结合子模块电容电压排序算法,提出一种优化的模型预测控制策略,大幅减小了模型预测控制算法的计算量,使得该算法应用于模块化多电平换流器成为现实。搭建了23电平模块化多电平换流器仿真与实验平台,并与目前常用的基于比例积分(proportion integration,PI)级联控制器的闭环矢量控制策略进行了对比,结果验证了所提策略的可行性与优越性。

异步电机定子磁场定向弱磁区域最大转矩控制策略研究

针对异步电机定子磁场定向的矢量控制系统在弱磁区域输出最大转矩的问题,提出一种新的磁通前馈的弱磁控制方法。该方法基于异步电机的Г型等效电路和定子磁场定向在弱磁区域运行的限制条件,分析了异步电机在弱磁区域运行时转矩和转差率的变化过程,根据转差率的变化规律将弱磁区域划分为两部分。证明了电机在第一个弱磁区域工作在电压极限和电流极限,在第二个弱磁区域工作在电压极限和转矩极限,同时证明在以上两个区域采用所提出的控制策略时输出的转矩为最大转矩,对应的磁通为最优磁通。实验结果证明了理论分析的正确性和所提出的的磁通前馈方法的有效性。

基于图像处理的变电站指针式仪表读数研究

为解决变电站人工巡检指针式仪表工作强度大和读数误差高的问题,提出了一种基于图像处理技术的变电站指针式仪表自动检测系统。针对读入的图片实现图像灰度化、图像二值化;采用改进的Hough变换提取图像中的直线、计算指针角度和显示指针读数;并利用Open CV函数库建立了指针式仪表图像的模型库,导入新的图片可选择不同的模型库。实验结果表明,该指针式仪表自动判读系统可以准确识别出指针的读数,且读数精度远大于人工读数。

永磁直驱风力发电机无传感器矢量控制研究

在背靠背直驱永磁风力发电系统中,无传感器控制技术一直是研究的热点。在双Y移30°六相永磁同步发电机数学模型的基础上,设计了一个基于饱和函数的新型滑模变结构观测器,用于估算电机的转子位置和速度。利用估算的结果,实现了永磁直驱同步风力发电机组的无传感器矢量控制。仿真和实验结果表明该设计的滑模变结构控制器对负载扰动具有很强的鲁棒性,并可以在较广的频率范围运行时准确地估算转子位置信息。而机侧系统通过监测风速变化实时调整发电机转速,达到最大风能捕获的目的。

多端口直流微电网实验平台设计

为精准培养电力电子专业硕士的实践技能,为后续科研奠定基础,提出了一种多端口直流微电网实验平台方案。在研究国内外相关直流微网实验平台的基础上,考虑满足一般配电的实验室环境,制定了实验平台的设计目标,详细介绍了平台的构成、搭建以及相关实验的开展,探讨了搭建过程中对电力电子专业硕士知识体系与实践能力的培养。通过引入有效的管理机制,在保障平台搭建进度的同时,培养学生独立思考与团队协作的能力。实验结果表明,系统运行稳定,微网中各变流器均实现了设计的目标。

±535kV混合式直流断路器分断条件下的电场分析

为研究混合式高压直流断路器分断条件下的各组件表面电场分布情况,建立了±535k V混合式高压直流断路器3维模型,并利用静电场分析软件Ansoft对断路器阀塔结构进行了电场仿真计算。仿真结果表明:当故障电流产生时,直流断路器关断,此时在阀塔屏蔽罩的倒角位置有最大电场1.8×10~6 V/m,小于空气的起晕场强3×10~6V/m。对于不同阀层布置的阀组件来说,随着阀层的增加,其表面最大电场分布表现为先降低后升高的趋势;避雷器MOV组件的电场分布表现为中间部位最高,约为2×10~5~5×10~5 V/m。断路器在分断时,阀塔各金具表面电场强度<2×10~6 V/m,满足绝缘设计要求。试验证明,该混合式直流断路器能够在过流关断条件下工作正常,且断路器各组件绝缘特性保持良好。

基于DSP2812软件锁相技术的研究

在电网电压频率波动谐波含量较大的情况下,硬件锁相很难准确检测到基波的相位,软件锁相技术具有数字控制的一切优点,研究了一种基于dq变换的三相软件锁相环。实验结果表明,该方案解决了电网电压频率波动时的相位同步等问题,锁相精度高,稳定可靠,并在工程上具有一定参考价值。

无桥PFC电源的单周期控制及EMI抑制

为解决5 k W以上直流稳压电源前级PFC电路的动态响应与电磁干扰问题,同时减少系统损耗,文中分析了基于单周期控制原理的无桥PFC电路模型,针对无桥结构严重的电磁干扰问题设计了数字有源EMI滤波器,在理论基础上进行仿真分析并设计了实验样机。实验及仿真结果证明,该数字有源EMI滤波器能较好地解决无桥结构的EMI问题,同时也说明了单周期算法对于无桥结构的适用性。

某功率单元强迫风冷散热分析和优化

随着电子技术的发展,电子设备的散热问题显得越来越重要。以理论分析的基础上,针对某功率单元整体温度场和速度场,采用有限元的方法,进行数值分析。重点分析不同风机、不同翅片散热器下,功率单元温度场和流场的分布趋势。得到采用引风机、翅片较密的散热器(62个翅片),能够达到最佳的散热效果,满足实际工程需要,有利于功率单元长期可靠运行。