关键词： 开关电感   磁集成技术   高电压增益   耦合系数  

摘要： 随着现代社会不断发展,在世界电力发展的进程中,目前光伏发电、风力发电是现阶段国家发电科技创新中承担着主要角色,根据十九大报告中指出:坚持发展绿色清洁能源,确立清洁能源优先发展战略。在光伏电池或燃料电池等发电系统中,如何将较低的电池电压高效转换成可供并网逆变器应用的母线电压,是提高发电系统转换效率和结构灵活性的关键技术之一。围绕这一课题,主要做了以下研究:?研究了在提高基本Boost变换器的电压增益基础上,应用开关电感单元是否可以再次提高变换器的电压增益问题,并且分析了变换器电路工作模态,获得了电压增益表达式。?研究了应用磁集成技术是否可以解决低压侧电流纹波增大的问题,分析了变换器的电感电流纹波与磁集成耦合系数的数学关系,给出了电感耦合系数设计准则。?研究了变换器的动态响应和开关管的电压应力性能,并与基本Boost变换器进行了比较,最后应用PSIM软件进行仿真验证和PCB技术制作了样机来验证文章理论的正确性。该论文有图64幅,表10个,参考文献70篇。

摘要： The following report details the motivation, design, analysis, simulation and hardware implementation of a DC/DC converter in EV drivetrain architectures. The primary objective of the project was to improve overall system efficiency in an EV drivetrain. The methodology employed to this end required a variable or flexible DC-Link voltage at the input of the inverter stage. Amongst the several advantages associated with such a system are the independent optimization of the battery stack and the inverter over a wide range of motor operating conditions. The incorporation of a DC/DC converter into the drivetrain helps lower system losses but since it is an additional component, a number of considerations need to be made during its design. These include stringent requirements on power density, converter efficiency and reliability. These targets for the converter are met through a number of different ways. The switches used are Silicon Carbide FETs. These are wide band gap (WBG) devices that can operate at high frequencies and temperatures. Since they allow for high frequency operation, a switching frequency of 250 khz is proposed and implemented. This helps with power density by reducing the size of passive components. High efficiencies are made possible by using a simple soft switching technique by augmenting the DC/DC converter with an auxiliary branch to enable zero voltage transition. The efficacy of the approach is tested through simulation and hardware implementation of two different prototypes. The Gen-I prototype was a single soft switched synchronous boost converter rated at 2.5kw. Both the motoring mode and regenerative modes of operation (Boost and Buck) were hardware tested for over 2kw and efficiency results of over 98.15% were achieved. The Gen-II prototype and the main focus of this work is an interleaved soft switched synchronous boost converter. This converter has been implemented in hardware as well and has been tested at 6.7kw and an efficiency of over

关键词： ±816kV直流隔离开关   通流能力计算   平衡弹簧优化设计   型式试验  

摘要： 特高压电网是指交流1OOOkV及以上电压的交流电网和直流±800kV及以上的直流电网,特高压电网将大大提升电网的输电能力,具有输送距离远、输送容量大、低损耗输送电力、单位容量成本低和节约土地资源等特点。根据国家电网公司的“十二五”规划,未来我国将建成“三纵三横”的特高压骨干网架以及13项直流输电工程(其中特高压直流工程10项)。形成大规模“西电东送”“北电南送”的能源配置格局。与特高压交流输电相比,特高压直流输电技术的快速发展,国内外投运的特高压直流输电工程也越来越多,预计到2020年前后,我国的特高压直流输电线路总长约26000千米,输送容量达到9440万千瓦。±816kV特高压直流隔离开关是直流特高压输电工程中重要的一次设备,我公司在自身优势基础上自主研发±816kV特高压直流隔离开关,即是为了满足国内特高压电力建设的需要,占据国内隔离开关行业技术制高点,也可以将特高压直流隔离开关出口到其他国家和地区为国家创汇。本文在回顾高压直流隔离开关国内外研究现状的基础上,进行了±816kV直流隔离开关的自主开发研制。论述了该高压直流隔离开关的原理、总体结构和研制过程中的关键技术难点,然后从通流能力、主导电平衡结构、平衡弹簧的结构、无线电模拟等方面进行了直流隔离开关的具体设计计算,开发研制的特高压直流隔离开关最后通过了国家标准要求的温升试验、覆冰试验、额定峰值耐受电流试验、额定短时耐受电流试验、机械寿命试验、绝缘试验等全套型式试验项口。型式试验表明,开发研制的高压直流隔离开关具有以下特点:产品设计合理、产品外形美观、结构科学合理、动作原理先进、操作稳定可靠、机械及电气性能优良,符合国家节能降耗和技术创新的发展理念,具有自主知识产权。目前公司已中标溪洛渡左岸-浙江金华±800kV特高压直流工程、山西晋北-江苏南京±800kV特高压直流输电工程、出口巴西美丽山等多个特高压直流工程,该产品的研发成功促进了公司快速进入直流输变电市场,取得了良好的效果及经济效益。

关键词： 真空电弧   电弧图像   横向磁场   纵向磁场   组合式混磁触头  

摘要： 断路器在电力系统中具有控制、保护双重作用,真空断路器以其较高的安全性、可靠性,得到广泛的关注与应用。真空断路器在直流电力系统中进行故障电流开断时,利用触头自身产生的磁场对电弧进行调控也是提高断路器开断性能的基本途径之一。本文以机械式直流真空断路器工作条件为背景,从仿真和实验两个方面分析了真空电弧的磁场调控方法,仿真和实验所用的触头结构、开断电流等级等参数相似,结果用以指导直流真空灭弧室触头设计。真空灭弧室触头磁场分析采用有限元法,建立典型螺旋槽横磁触头、杯状纵磁触头模型,分析一定开断电流等级下弧隙中心平面处的磁场分布,得出各自不同的磁场调控特点;并以螺旋槽横磁触头为研究对象,探究螺旋槽形状、触头直径、倒角半径、开距等参数对触头间隙磁场分布的影响。为了结合横、纵磁电弧调控的优点,针对直流开断中频电弧的背景提出一种新型组合式混磁触头设计思想,并建立其三维结构模型和原理样机,分析其磁场分布特点,预测电弧运动轨迹,对比得出新型组合式混磁触头应用于直流断路器的对电弧的调控特性。搭建基于有源换流法的高压直流真空断路器开断实验平台,并使用螺旋槽横磁触头、杯状纵磁触头、新型组合式混磁触头进行直流开断实验,利用CMOS高速摄像机获取真空电弧图像并进行数字图像处理。通过分析电弧图像,对比三种不同触头控制下的电弧运动及形态变化,总结新型组合式混磁触头的调控特点及优势,初步认定这种横、纵磁电弧调控方式应用于直流真空灭弧室触头是可行的。

关键词： 地铁供电系统   直流开关   网络化保护技术  

摘要： 地铁供电系统直流开关设计的重要性显得尤为重要,可以将整个系统的原理和特点反应出来.本文根据以往工作经验,对地铁直流供电系统保护特点及网络保护装置设计进行总结,并从系统结构、系统保护原理、测试结果三方面,论述了地铁供电系统直流开关网络化保护技术内容.

关键词： 模块化多电平变换器   直流固态变压器   准方波调制策略   软开关   多工作模式  

摘要： 伴随着以光伏和风能等为代表的分布式电源大量接入电网,工业生产和日常生活中直流负荷的逐渐增加,以及城市配电网系统改造和优化的实际需求,使得直流配电网成为了电力领域的一个研究热点。直流固态变压器承担着电网中电压变换和能量传输的作用,是直流配电网中的关键设备之一。其中,基于模块化多电平变换器的直流固态变压器(Direct Current Solid State Transformer Based on Modular Multilevel Converter,以下简称为MMC-DCT)因其自身的模块化设计,具有可拓展性强,冗余度高和故障处理能力强等优点,应用前景广泛。基于上述背景,本文对MMC-DCT系统的调制策略、数学模型、均压策略、软开关特性、控制方法和工作模式等关键性技术开展了研究和讨论,具体内容如下:首先,分析了MMC-DCT的拓扑结构和基本工作原理,并采用了动态相量分析法对系统进行建模;详细介绍了应用于MMC-DCT的调制策略,对准方波调制策略、正弦波调制策略和三角波调制策略下系统的电气量特性进行了推导分析和对比研究,验证了所研究的准方波调制策略在MMC-DCT系统中具有更好的工程应用价值;对系统的子模块电容电压平衡策略进行了分析,重点研究了子模块排序均压法和脉冲循环均压法。通过仿真验证了上述调制策略及均压策略的正确性。其次,为了降低系统开关损耗、提高系统工作效率,推导分析了准方波调制策略下系统的功率特性和开关器件的工作状态,总结了开关损耗产生的原因;引入附加电容半桥子模块结构,提出了一种适用于准方波调制下MMC-DCT系统的软开关(Zero-Voltage Switching,下文简称为ZVS)工作模式,并推导分析了系统软开关的实现条件和范围。通过仿真验证了所提软开关工作模式的有效性。最后,针对MMC-DCT系统的实际应用场合,对国内直流配电网电压等级序列的划分进行分析,并结合系统的工作特性,将MMC-DCT的工作模式划分为低压控制模式、中压控制模式和功率控制模式;根据系统的数学模型,对不同工作模式下系统的控制策略和相应的控制器参数进行了研究和设计。通过仿真验证了控制策略的有效性和控制器设计的正确性。

关键词： 高压直流电网   直流开关场   电流转移   重合闸   快速机械开关失灵  

摘要： 基于电压源换流器的柔性直流输电技术,具有输出谐波含量低、功率调节方便、可以向无源网络送电等卓越优势,在直流电网、多端直流输电领域得到广泛应用。由于直流输电系统自身结构和运行机理的特殊性,直流侧故障时故障电流上升速度快,故障传播速度快,会对直流电网的安全运行造成严重的影响,因此快速有效的直流侧故障切除和隔离技术一直受到广泛关注。采用直流断路器来清除直流侧的故障是未来的一种趋势,其中,基于电流转移原理的混合式直流断路器(Hybrid DC Breaker)具备良好的速动性、可低损耗经济运行的优点,是最受关注的一种直流断路器类型。但其应用于大规模的直流电网时所需采用的昂贵的主断开关数量较多,造价偏高,经济性差,而通过采用公用的“主断开关”的直流开关场,可以有效减少拓扑中主断开关的数量。现已提出的不同直流开关场拓扑有着各自的优点与缺点,对直流开关场分类分析、归纳总结,有助于后续对直流开关场研究的展开,并为未来工程应用中实际选型提供指导。基于电流转移方式,本文将现有直流开关场分为三类:选择转移型,单转移型和全转移型直流开关场,并开展了以下的研究工作:(1)分析三类直流开关场的拓扑结构和工作原理,对各类直流开关场的特点进行分析总结,同时考虑到未来高压直流电网下,直流开关场所应满足的基本要求,对各类直流开关场实际应用时的各方面性能进行了对比分析。(2)本文在现已提出的单转移型直流开关场拓扑的基础之上进行改进,提出了单向电流转移型直流开关场拓扑,分别分析了其在正常运行时分闸、合闸,线路故障时分闸、重合闸与快速机械开关失灵时动作过程的工作原理,同时对单向电流转移型直流开关场拓扑的优越性与多线路连锁故障的适应性问题进行了分析。最后在PSCAD/EMTDC软件上对所提拓扑的性能进行了仿真分析与验证。(3)将全转移型直流开关场内部元件故障分为内部电力电子器件组成的部件被击穿和直流母线接地故障两大类,分析各种内部器件故障情况下对全转移型直流开关场的影响,并在此分析的基础上提出了相应的拓扑改进方案,并分析改进的拓扑在直流母线接地故障时的工作原理,最后在PSCAD/EMTDC仿真软件上对改进拓扑进行仿真验证。

关键词： 交流滤波器   开关   合闸   参数   直流电压   影响   改进  

摘要： 针对交流滤波器在投入过程中可能会出现交流系统扰动的问题,进而会显著降低直流输电系统的传输功率,本文采用BP神经网络与遗传算法结合选相合闸装置参数预测进行研究,提出一种自适应遗传算法优化的BP神经网络选相合闸预测模型.

关键词： 高温开关电源   SIC   反激   原边反馈  

摘要： 电源是指为电子设备提供能量的装置,一切电子设备的正常工作都离不开电源。而开关电源由于其体积小、功率密度大、稳定性好等优点,已经成为了应用最为广泛的电源设备之一。随着人类社会的不断发展,表层油气资源逐渐枯竭,深层油气资源将成为为今后重要的能源接替领域。井深的不断增加,使得井下温度越来越高,对开关电源的温度适应性也提出了更高的要求。而且随着半导体技术的发展,能够在宽温度范围内稳定工作的SiC功率器件的普及为高温开关电源的设计提供了更多可能性。本文基于一个井下开关电源项目,设计了能够在0～150℃的环境下稳定工作的宽输入双路输出开关电源模块。文中介绍了高温开关电源设计的整个过程:首先,根据项目的设计指标选择了最合适的反激拓扑并设计了能够满足温度要求的功率电路;然后找到了高温下的控制方案,进行了控制电路和驱动电路的设计并通过利用辅助绕组供电以及设计高温电容分压式启动电路解决了控制部分的供电问题;最后,为了保证输出电压的稳定,设计了高温下的隔离反馈电路,主要包括原边反馈的电路的设计以及系统补偿网络的设计,并在此基础上完成了高温变压器设计。本文在设计的基础上,进行了多个版本的PCB绘制和焊接,并完成了整个电源模块的调试,然后将电源模块的各项指标分别在常温(30℃)和高温(150℃)环境下进行了测试,最后使其通过了 150℃下48小时满载不间断工作测试。通过对测试结果的分析,验证了电源模块的性能能够满足项目需求,并且能够在高温下长时间稳定工作。

关键词： 开关转换型直流超导限流器   结构设计   超导带材   分裂电抗器  

摘要： 随着新能源接入电网规模的不断增大，多端柔性直流电网得到了快速发展。然而，多端柔性直流电网一旦发生短路故障，快速增长的短路电流将危及电网的运行可靠性，甚至导致设备的过流损坏。超导限流器为多端柔性直流电网的短路电流限制提供了有效途径。电阻型直流超导限流器(DC RSFCL)能够自动触发限流，有效限制短路电流的大小和变化率，被认为是最行之有效的一种限流措施。　　本论文在深入开展了YBCO超导带材短时大电流冲击实验研究和失超电阻特性研究，开展了采用YBCO超导带材绕制的、分裂电抗器线圈的限流阻抗的研究，在此基础上，提出了一种可应用于多端柔性直流电网的、基于分裂电抗器的开关转换型超导直流限流器。主要研究内容如下:　　(1)选用YBCO超导带材，分析带材的参数和结构，根据多端柔性直流电网的故障电流特征，进行带材的短时过流冲击实验研究，研究其失超特性和失超电阻随温度和电流的变化规律、分析带材退化和损坏的机制，从而建立带材模型，为分裂电抗器线圈的研制提供参考。　　(2)开展了基于分裂电抗器的超导直流限流器基本限流单元-超导线圈的特性研究。开展了线圈的冲击特性测试，研究线圈在直流冲击下的暂态特性，得出包括失超电阻的变化规律和焦耳热方程，得到的模型有助于新型电阻型超导直流限流器的研制。　　(3)提出了一种基于分裂电抗器的开关转换型超导直流限流器。在MATLAB/Simulink平台上搭建了限流器模型，研究其原理和限流效果。该限流器通过电力电子开关与限流器件的配合，稳态时呈并联结构，等效电感小，运行损耗低。故障发生后，限流器转换为串联结构，同时超导线圈失超，产生较大的限流阻抗，能够有效限制短路电流。　　(4)建立了基于分裂电抗器的开关转换型超导直流限流器的仿真模型。仿真分析了限流过程中的电流变化情况，对比了开关不动作时的限流情况，和不同故障电流下的限流效果，为超导直流限流器的拓扑结构和参数设计提供了依据。