关键词： AC+DC电源   流光放电等离子体   气相反应   气-液复相反应   环境治理  

摘要： 摘要:本论文主要研究了一种新型的基于交直流叠加（AC+DC）高频高压开关电源产生低温流光放电等离子体的气体放电技术;同时利用该等离子体,设计建立了一种新型的去除多种污染物的综合实验平台,系统研究了其在环境保护领域的应用。具体研究内容主要包括以下几方面:（1）对AC+DC高频高压开关电源产生低温流光放电等离子体的发生机理进行了理论研究,对放电电源、耦合叠加电路、放电反应器的模型进行了仿真分析,对气体放电模式进行了优化设计,给出了产生大功率低成本工业规模应用的低温等离子体的方案。（2）对低温流光放电等离子体去除多种污染物进行了动力学模型分析,结合电化学的分析方法,研究了其有效去除多种污染物的电化学机理,给出了利用低温等离子体去除多种污染物的处理工艺及流程。（3）设计完成了用于该等离子体发生的一种新型大功率AC+DC高频高压开关电源装置。利用高频、高压开关电源技术,通过确定放电电极系统适当的极配、直流偏压和叠加交流电源的电压峰值、频率和变化速率,使放电状态处在最佳流光放电区,且使无化学效应的辉光放电成分最小,实现了流光放电的优化时空分布。首次利用AC+DC高频高压开关电源,产生了的可靠稳定的工业应用规模的低温等离子体。（4）搭建了低温流光放电等离子体去除多种污染物综合治理实验平台,分别在气相条件,对工业烟气PM2.5进行电除尘收集、对室内空气净化进行一体化治理（除甲醛等VOCs、杀菌、消毒、除臭）;在气-液复相条件下,对工业烟气进行脱硫、电除雾去雾霾、对污水进行有机物分解治理等进行了实验验证。

关键词： 永磁无刷直流电机   三相四开关逆变器   电流控制  

摘要： 三相四开关逆变器用两只串联的电容代替了三相六开关逆变器的一相桥臂,减少了开关管数量,具有开关及导通损耗小、驱动电路简单等优点。但当采用传统的双极性调制方法控制三相四开关逆变器驱动的永磁无刷直流电机时,与母线电容中点连接相为非导通相时,该相绕组通过电容与其他两相形成回路,在相反电动势的影响下该相电流不能为零,导致三相电流产生波动。另外由于三相四开关逆变器驱动永磁无刷直流电机时,导通两相间线电压会随工作状态发生变化,进而影响相电流变化速率,产生换相转矩波动。本文首先分析了三相四开关逆变器驱动的永磁无刷直流电机系统的运行特性,通过数学模型论证了与母线电容中点连接相为非导通相时电流波动的起因,分析了不同电压矢量作用下该相电流的变化趋势,得到两种调节矢量可以分别控制该相电流迅速增大和迅速减小。之后针对三相四开关逆变器驱动下的永磁无刷直流电机在正常导通区和换相区存在的电流波动问题,提出了一种电流控制策略。该电流控制策略使用双PI控制器控制电机转速和电流,当电机与母线电容中点连接相为非导通相时,在双极性调制的基础上,在每个控制周期中加入两个调节矢量与主矢量同时作用。通过建立数学模型,在非导通相电流变化率为零的基础上得到调节矢量占空比的计算公式,通过精确控制调节矢量的作用时间控制非导通相电流为零。在换相区,本文根据不同换相状态下开通相与关断相电流变化速率间的大小关系,在非换相相电流变化率为零的基础上得到调制占空比的计算公式,对关断相或非换相相开关管进行调制,抑制换相电流波动。与传统方法相比,该方法通过准确控制作用矢量的占空比,在正常导通区和换相区均保持良好的控制效果,无需根据转速及负载调节控制器参数,控制方法简单。另外具有固定的开关频率,并且每个控制周期中存在多种电压矢量,电流波动较小。此外,针对梯形波和正弦波的反电动势波形,本文分别进行了论述,证明了在梯形波与正弦波之间的任何反电动势波形,本文方法都适用。最后,搭建了永磁无刷直流电机控制系统实验平台,通过在不同工况下进行实验,证明了该方法不受负载及转速影响,具有良好的控制效果。并将上述方法与传统三相四开关逆变器驱动的永磁无刷直流电机电流控制方法进行对比实验,证明了该方法的优势。

关键词： 高压直流输电   锁相环   低次谐波   开关函数   换相电压过零点   PSCAD  

摘要： 截止到2015年,我国已投运26条高压直流输电工程。在珠三角地区、华东电网已形成多馈入的交直流混合电网。直流通道输送功率占比日益提高,交直流系统之间的相互影响变得复杂,给电网的安全、稳定运行带来新的挑战。现代高压直流输电一般采用等间隔触发控制,需要锁相环提供与交流电压同步的参考相位。锁相环性能的好坏,直接影响控制系统的调节作用。同步参考坐标锁相环SRF-PLL被广泛应用于直流输电。但是当交流电压不对称、畸变时,SRF-PLL无法提供准确的同步参考相位。本文首先分析SRF-PLL的基本原理与系统故障时的相位误差,进而介绍解耦双旋转同步坐标锁相环DDSRF-PLL与级联延迟信号消除法锁相环CDSC-PLL,对它们排除基波负序电压、谐波等影响的原理进行了分析。但DDSRF-PLL与CDSC-PLL两种锁相环分别存在各自的缺陷。文中对它们无法消除低次谐波的缺点进行了分析,并在PSCAD软件中对分析结果进行了仿真验证。针对DDSRF-PLL与CDSC-PLL两种锁相环的缺点,文中分别提出了改进的措施。利用电网频率稳定的特点,引入解耦多同步旋转坐标,实现锁相环外解耦运算提取基波正序电压,形成环外解耦多同步旋转坐标锁相环DMSRF-PLL-Impr。针对级联信号延迟消除法CDSC需要0.5周期来消除+2次谐波的缺点,文中提出将级联信号消除法与双旋转坐标解耦运算相结合,来提取+1次、+2次电压,实现CDSC-PLL-Impr锁相环。在PSCAD软件中分别对改进后的锁相环进行了仿真验证。锁相环性能的提高,为今后实现高压直流输电的精确控制打下了基础。高压直流输电产生的谐波对供电质量是一种污染,对其进行控制是高压直流输电运行必须解决的问题之一。本文利用改进后的锁相环能够提供准确、稳定参考相位的优点,同时考虑阀电压过零点偏移、换相角以及有效触发角等因素,建立了换流器的开关函数模型。该模型在交流故障时无需进行修正。文中推导了准确计算阀电压过零点、换相角、有效触发角的计算式。随后在PSCAD软件中的CIGRE Benchmark模型上,将换流器直流侧谐波阻抗考虑,对提出的开关函数模型以及相关计算式进行了仿真验证。并且通过仿真,给出了模型的适用范围。最后,本文进一步利用建立的开关函数模型,分析交流侧谐波正负序分量与直流侧谐波的关系,清晰阐释了直流侧谐波的来源。当系统不对称故障确定时,在只考虑基波正负序电压的情况下,分析了三相触发角与直流侧2次谐波的数学关系。基于分析结果,提出了通过一组优化后的三相触发角来抑制直流侧2次谐波的方法,并且仿真结果验证了方法的正确性和可行性。在本文的最后,对研究进行了总结,并对锁相环、直流侧2次谐波抑制方法的研究进行了展望。

关键词： 蓄电池   操作   直流系统   开关   失压  

摘要： 分析一起蓄电池开关的操作不当,造成直流母线失压事件,威胁着发电厂和变电站的安全运行。挖掘了暴露的问题,剖析了操作不当的原因,提出有效的防范措施,为操作人员提供借鉴。

关键词： 失超保护   混合式开关   固态开关   拓扑   均流   换流  

摘要： 失超保护开关是超导托卡马克装置磁体电源系统的重要组成部分,用于在超导磁体失超时快速泄放储存在其中的巨大磁场能,对装置的安全运行具有重大意义。当前EAST极向场磁体电源系统的失超保护开关采用机械开关并联熔断器的换流方式,存在开断后不能自动复位,维护量大的缺点,亟待升级改造。而随着电力电子器件技术的发展,混合式直流开关已成为失超保护开关的一大方向。本文的主要工作是开展EAST混合式失超保护开关的可行性分析和主电路设计。首先,本文提出了采用机械开关直接向全控型固态开关换流,并采用二极管桥式整流拓扑以实现固态开关双向通流和关断的电路拓扑设计方案,阐述了其工作原理。该拓扑能充分发挥机械开关通态损耗低,固态开关无弧快速可控关断的优点,并能最大限度地减少全控型器件的使用,控制简单,可节省成本和减小空间。其次,完成了固态开关的电气设计。建立了基于Foster热学网络的器件结温计算模型,通过仿真计算确定了各型半导体器件在开关工况下的通流能力。针对二极管因反向恢复过程而失效的隐患,开展了基本拓扑单元关断试验,确认普通整流二极管适用于开关工况,验证了拓扑设计的可行性。根据仿真计算和试验结果,得出了器件的选型结论。其后,阐述了固态开关中RC缓冲电路和避雷器等辅助电路器件的参数选取原则。随后,对固态开关的电路结构设计进行了阐述。电路结构采用堆栈式阀组设计,以兼顾器件均流、空间利用和实现难度。给出了具体的IGBT和二极管压装阀组三维结构设计和布局。最后,建立了混合式直流开关的仿真模型,对并联器件均流以及开关的换流过程进行了仿真和分析。仿真结果显示,不平衡耦合导致的并联器件不均流影响小,但器件关断不同步会造成严重的不均流现象;提出的相应保护措施能将固态开关关断时器件的过电压和电流下降率限制在安全范围。以上方法和结果可为混合式直流开关的研制工作提供重要的指导。

关键词： 高压开关柜   直流控制电源   继电保护   改进方案  

摘要： 本文对高压开关柜直流控制电源和继电保护的改进方案进行了分析。

关键词： 直流微网   柔性互联开关   能量调度   下垂控制   稳定性分析  

摘要： 微网作为一种整合分布式电源、储能系统和负荷的有效组织形式,自提出后逐渐受到国内外学者的广泛关注和研究。但以往的研究主要集中于交流微网,随着具有直流特性的分布式电源和直流负荷的增加,直流微网的研究意义日益凸显。以往对于直流微网的研究主要集中于微网内部,如直流微网内部的多源协调控制和储能优化配置等,但对于直流微网间能量调度控制策略等的研究还不是很多。本文以此为切入点,分析了利用柔性互联开关进行直流微网互联和能量调度的控制策略,重点从以下几个方面对柔性互联开关及其与直流微网构成的直流配电系统展开研究。(1)对柔性互联开关在不同工作模式下的工作原理进行了详细理论分析,采用双载波三模式调制方式来实现柔性互联开关在降压、升降压和升压三种模式之间的平滑切换。分析了柔性互联开关的单电流环和电压电流双闭环控制方式,并通过仿真和实验进行验证,证明了相关理论分析的正确性。(2)为实现柔性互联开关进行直流微网互联和能量调度的功能,设计了柔性互联开关的一次调节下垂控制策略。柔性互联开关将检测到的两端微网母线电压大小输入到控制器中,控制器根据设定好的下垂曲线计算出潮流调度的大小和方向。下垂曲线的设置与直流微网内部储能变流器的控制相协调,通过微网间的能量调度使直流微网之间相互支撑,以维持两侧微网母线电压均处于合理范围。接着介绍了柔性互联开关的并联运行控制策略,说明了柔性互联开关在并联运行上的可行性。(3)为辅助实现对两侧直流微网储能SOC(State of Charge)的优化调节,在柔性互联开关一次调节的基础上增加了二次调节功能。二次调节是指柔性互联开关的一次调节下垂控制曲线会根据两侧微网储能SOC的状态上下平移。柔性互联开关在得到两侧微网储能SOC的大小后,由控制器根据相应的公式计算出平移量,将能量从SOC高的一侧调度到低的一侧,以维持两侧微网储能SOC于合理范围内,实现对储能单元SOC的优化调节,延长其使用寿命。(4)对三种模式下的柔性互联开关进行了小信号建模,以柔性互联开关工作于Buck模式为例,推导了柔性互联开关及两侧直流微网在柔性互联开关工作于Buck模式时的数学模型,并对其在下垂控制策略下的稳定性进行了分析,说明了各控制变量的取值变化对直流微网运行稳定性的影响。(5)在以上理论分析的基础上,在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,并且搭建了基于dSPACE1103的半实物仿真平台,对相关理论和控制策略的正确性进行仿真和实验验证。

关键词： H桥逆变   PWM   ARM   CPLD   变幅逆变电源  

摘要： 基于脉宽调制算法,研究了数字信号处理器生成PWM波形的实现及软件算法,并在此基础上研制了基于ARM和CLPD的高精度数字控制直流开关电源。实验结果表明：该设计提高了直流电压的利用率,使开关器件的损耗更小。此外,还提出了逆变电源H桥的控制算法,利用ARM、CPLD的数字信号处理能力,提高了系统的响应速度。经测试,系统实现了100～1 000 V的调压输出,输出稳定可靠,纹波输出〈0.05%,误差〈0.2%。

关键词： LM5117   CSD18532KCS   同步降压  

摘要： 设计主要由降压控制电路和同步降压电路组成的稳压电源系统,分别采用同步降压控制器LM5117和MOSFET场效应管CSD18532KCS为核心器件,稳压输出5 V,最大输出电流可达3.2 A,电路转换效率可达85%,具有过流保护功能,整个系统重量小于200 g,并充分利用LM5117同步降压控制器的功能特点和内部资源,实现稳压输出和过流保护.系统具有调整速度快、精度高、负载调整率和电压调整率小于0.5%、输出电压噪声纹波不高于50 m V等优点.

关键词： 双向直流变换器   软开关   有源缓冲电路  

摘要： 针对双向直流变换器效率不高的问题,提出了一种带有源缓冲电路的软开关双向直流变换器,阐述了软开关双向直流变换器的电路结构和工作原理,讨论了零电压开关的实现条件,分析了实验结果,并在理论分析的基础上试制了一台200 W样机。通过研究可知:变换器通过有源缓冲电路实现了其开关管的软开关,并且很好地解决了开关管寄生二极管的反向恢复问题,使变换器在具有较高效率的同时又能够稳定输出;变换器在buck工作模式下实现了开关管的零电压开关,有效减少了变换器的开关损耗;与传统双向直流变换器相比,带有源缓冲电路的软开关双向直流变换器在较大的负载范围内具有最优效率曲线,表现出良好的性能。