关键词： 直流系统   拉绳开关   跳闸   故障处理   蓄电池  

摘要： 在发电厂、变电所直流系统中,普遍采用蓄电池组作为直流电源。直流电源为给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统是一个独立的电源,它不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响,并在外部交流电中断的情况下,保证由后备电源一蓄电池继续提供直流电源,所以保证直流系统的稳定运行至关重要。传统的输煤皮带机拉绳开关触点并联到跳闸回路中,回路是由直流电源控制,改进型的拉绳开关回路是在原有的二次回路上先将拉绳开关接到一个带有保险端子排的转接箱内,最后接到皮带机开关柜的交流回路中,并且通过增加断路器及扩展继电器的方法,将二次回路设计成交流、直流交替控制,克服了传统回路由于拉绳开关引起的直流接地故障,也能直观地判断某个拉绳开关故障。

关键词： 重点项目   电网电源   直流开关   光伏电站   达索   光伏发电站   供电能力   平稳安全  

摘要： 2022年12月31日,随着第一台光伏逆变器直流开关的闭合,中电建昌都江达索日光伏发电站并入西藏电网。该项目投产发电对提升昌都市电网电源供电能力,保障电力供应平稳安全,保障经济社会健康持续稳定发展,保障基本民生用电需求具有重要作用,也是自治区“十四五”期间电力保供的重点项目。

关键词： 无刷直流电机   转矩脉动   滑模观测器   自适陷波器   谐波抑制  

摘要： 无刷直流电机具有高效率和低噪声优点,在高速开关(high speed switch,HSS)的驱动方面具有良好的应用前景,但是电机转矩脉动会影响高速开关的稳态和动态调控性能。为此,研究了一种基于优化滑模观测器-自适应陷波器-直接转矩控制(SMO-ANF-DTC)的转矩脉动抑制方法。通过构建外环速度环和内环电流环的双闭环控制提升系统的精确度和抗干扰能力;在直接转矩控制基础上加入优化滑模观测器和自适应滤波器,进行电机驱动的谐波抑制。该控制方法在进行转矩脉动抑制的同时,提升了电机控制的精度和稳定性。通过仿真对比了传统控制策略与提出控制策略的相电流波形和转矩波形,在使用SMO-ANF-DTC控制方法后,相电流输出波形与转矩波形顶部的波动明显减少。结果表明所提出的控制策略能够提升电机的性能。

关键词： 中低压直流开关电器   分断能力检测   标准  

摘要： 随着直流开关电器日益广泛地应用,我国目前与之匹配的标准和检测能力却仍显不足。梳理了直流断路器、直流熔断器、直流接触器3类中低压直流开关电器现行的国家标准和行业标准,从标准分布、标准制修订、标准采标等情况总结了我国现行标准体系的特点。首先厘清标准的适用范围,详细对比了上述标准的适用对象和产品主参数;其次,以直流开关电器的分断能力为重点研究对象,对上述标准的分断能力表征及其限值进行了比较;最后,对上述标准分断能力试验的试验方法、试验步骤、试验电路进行了详细对比。对系统了解我国中低压直流开关电器分断能力的检测方法标准及试验系统设计具有参考意义。在上述分析基础上,总结并展望了目前直流开关电器试验系统及检测标准的难点及未来发展方向。

关键词： 灭磁开关   快速斥力机构   碟形弹簧   有限元模型   多目标优化法  

摘要： 新型快速斥力机构结构简单,响应速度快,应用于灭磁开关中可提高灭磁开关的快速性和可靠性,因此对其进行设计优化具有重要意义。具体研究内容如下:本文首先分析了快速斥力机构的结构组成与工作原理,选择碟形弹簧作为机构保持装置并给出了一种设计方法。通过分析分闸过程的反力特性,重点进行反力归算,使机构出力特性与反力特性相匹配,以较好地满足快速斥力机构的驱动要求。其次,针对以往采用“试凑法”设计快速斥力机构工作量大的缺点,本文提出了一种新的设计方法:通过应用场合对机构的运动要求,直接计算求解出快速斥力机构的结构参数和电气参数,进而得出一组基本满足要求的初始模型参数。然后,根据初始模型参数采用Ansoft Maxwell软件建立快速斥力机构二维有限元模型,仿真分析快速斥力机构的分闸运动特性。基于参数化建模思想,研究快速斥力机构斥力盘和线圈各结构参数以及外电路电气参数对机构动态特性的影响,为优化提供理论与数据支持。仿真结果验证了设计结果的正确性,证明了设计方法的可行性。最后,为快速斥力机构的优化设计引入多目标优化方法,以快速斥力机构1ms运动的位移s和驱动效率η为优化目标,以线圈和斥力盘的结构参数为优化变量,利用单一变量法对快速斥力机构进行优化设计,确定了最优模型参数。对快速斥力机构优化前后的性能进行了对比,证明了优化模型具有更高的驱动效率。

关键词： 隔离三电平变换器   DC/DC变换器   软开关   模型预测控制  

摘要： 随着电力电子技术的发展,高压大功率变流器被广泛应用在储能电站、光伏发电等领域,其控制和驱动电路的供电依赖于辅助电源(Auxiliary Power Supply,APS)。隔离三电平直流变换器开关管的电压应力仅为输入电压的一半,可直接从高压直流母线取电,适合作为辅助电源应用。本文主要围绕高压直流输入隔离三电平直流变换器相关技术展开研究。首先,对隔离三电平直流变换器工作原理展开研究。阐述了隔离三电平直流变换器副边占空比丢失以及输入电容电压不均衡的原因。针对变换器不能实现全负载范围软开关的问题,重点分析了不同桥臂的软开关实现条件,提出了一种新型有源换流辅助电路,可实现全负载范围软开关。给出了有源换流辅助电路的参数设计方法,研究了有源换流辅助电路电流电压应力及带来的损耗,并对基于有源换流辅助电路的隔离三电平直流变换器进行了仿真研究,证明了所提出的有源换流辅助电路可以实现隔离三电平直流变换器的全负载范围软开关。然后,对隔离三电平直流变换器系统的控制策略进行了研究。为了提升系统的动态控制效果,本文采用了电压外环为PI控制,电流内环为模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的PIMPC级联控制策略。建立了隔离三电平直流变换器的等效预测模型,根据控制目标完成了价值函数的设计,得到了最优的占空比。通过仿真研究,对比分析了PIMPC级联控制策略与传统PI双闭环控制策略在启动过程和输入电压突变时的动态性能,结果表明采用的PIMPC级联控制的动态性能优于传统级联PI控制策略。最后,完成了系统的软硬件设计并搭建了实验平台,对所研究的隔离三电平直流变换器进行了实验验证。设计并制作了一台输入电压500V,输出电压24V,额定输出电流10A的实验样机,并开展了全负载范围软开关实验、PIMPC级联控制策略与传统PI双闭环控制策略的对比实验。实验结果表明,所提出的有源换流辅助电路可实现隔离三电平直流变换器的全负载范围软开关,提升了变换器效率;采用的PIMPC级联控制策略的动态性能优于传统PI双闭环控制策略。

关键词： 直流升压变换器   双管开关电容   增益系数   电流纹波  

摘要： 随着清洁能源发电技术的不断完善，光伏发电装机容量不断提高。作为联系光伏组件和并网逆变器直流母线的重要环节，高增益、低输入电流纹波直流升压变换器逐渐成为研究热点。由于寄生参数等问题的影响，传统升压变换器无法适应某些场景下光伏发电系统对电压增益的要求，因此，相关学者通过改变拓扑结构提出了一系列改进的直流升压变换器。本文总结现有直流升压技术，以双管开关电容结构为基础，提出并分析了两种不同的高增益直流升压变换器。主要研究内容概括如下:　　首先提出一种双管开关电容变换器，通过将输出电容串入输入电感的充电回路提升变换器的增益系数，文章分析了变换器的工作原理并进行了仿真验证,为后续的高增益变换器研究提供了重要基础。同时针对光伏发电系统应用场景中对降低直流变换器输入电流纹波的要求，对无源零纹波电路(dynamic passive ripple cancelling circuit,PRCC)进行改进，改进的PRCC电路功能不变，但节省了器件数量，本文将改进的PRCC电路与双管开关电容变换器结合推导了实现零纹波的条件并通过仿真进行了验证。　　为提升双管开关电容变换器的电压增益，将其与开关电容网络结合提出了一种三开关电容变换器，使相同占空比下的电压增益提高到原变换器的三倍。对变换器两种不同工作模式进行了分析，同时推导了其处于两种模式之间的临界模式时相关参数的关系，进行了工作分区，为变换器设计提供了依据。仿真和实验结果证明变换器电压增益与理论分析一致。　　为进一步提高变换器电压增益，提出一种带耦合电感倍压单元的双管开关电容变换器，该变换器可通过改变耦合电感匝数比调节电压增益。由于同步通断的开关管将电容串联到耦合电感一次侧的充电回路，倍压单元中耦合电感二次侧电压也大大提升，从而使该倍压单元比传统耦合电感倍压单元升压倍数更高,同时耦合电感二次线圈串入开关电容网络，可以抑制电容充放电过程中产生的尖峰电流。文章分析了变换器不同工作模式下的模态并进行了公式推导，仿真结果验证了理论计算的正确性，最终实验证明该变换器能够实现较高的电压增益。

关键词： 永磁同步电机   IGBT   结温   自适应超螺旋滑模观测器  

摘要： 当前伴随着社会生产和应用技术的发展,电机被广泛地应用在工程实践中,现有的电机类型主要包括:直流电机、异步电机、开关磁阻电机、直流无刷电机、永磁同步电机等,其中永磁同步电机以功率因数高、结构简单、体积小、噪音小等特点被广泛运用在社会生产当中。本文先介绍了国内外电机的发展现状,对不同类型电机的优点和局限性进行了分析,并着重介绍永磁同步电机的结构和运行原理。 在工程应用中,多种控制策略被应用于永磁同步电机,本文分析了永磁同步电机不同控制策略及其优缺点,由于矢量控制具有高控制精度和良好的动态性能,同时为了降低电机成本和占用空间,永磁同步电机通常采用无传感器的矢量控制方法,鉴于滑模观测器不受电机参数影响、调节方便、计算简单、收敛快速等优点,在无传感器算法中通常采用滑模观测器,但滑模观测器会导致系统产生严重的抖振现象,为了解决抖振问题,许多学者已经提出了很多不同的解决方案,本文比较了这些解决方案的优缺点,为了优化滑模观测器的性能,本文在分析滑模变结构理论的基础上提出了一种自适应超螺旋滑模观测器,通过仿真和实验验证了本文提出的自适应超螺旋滑模观测器相比经典滑模观测器和超螺旋滑模观测器具有更好的稳定性和抑制抖振能力。 逆变器是一种将直流电转换为交流电的电子设备,在现代电力系统中,逆变器由于其易操作、易控制、易实现的特点已被普遍地应用于永磁同步电机驱动电路中,但逆变器在运行过程中面临着复杂多变的环境,这增加了IGBT的损耗,也极大地加剧了逆变器的结温,从而使逆变器疲劳老化,影响系统运行的可靠性,针对三相逆变器采用空间矢量脉宽调制驱动方式时运用固定开关频率和额定直流母线电压会存在直流电压利用率低、IGBT损耗较高的缺点,许多学者提出了很多不同的驱动策略,本文对其进行了优缺点分析,为了进一步优化IGBT损耗,本文介绍了基于空间矢量脉宽调制的IGBT平均损耗模型和电流纹波有效值计算方法,在此基础上提出了一种变直流母线电压变开关频率的永磁同步电机驱动方式,通过仿真和实验验证了本文提出的变直流母线电压变开关频率驱动策略能够在保证输出电流质量的基础上有效降低IGBT平均损耗,从而降低IGBT的结温,提高逆变器运行的可靠性,提高直流母线电压利用率。

关键词： 海底观测网   谐振变换器   多端口输出   功率自均衡   宽输入电压范围  

摘要： 海洋地处国防前哨,是进行资源勘探、科考活动的重要场所,与国计民生和国防安全息息相关。海底电源将岸基站通过电缆传输来的中压直流电转化为低压直流电,为海底探测设备供电,是整个海底观测网系统的“供能心脏”。保证海底电源可靠运行是整个海底观测网研究的关键。随着海底观测网探测规模扩大,探测设备种类逐渐增多,但各类探测设备的供电电压难以统一,因此要求海底电源具有多端口输出能力。各探测设备的探测位置分散,海底电源与岸基站之间的海缆压降大,要求海底电源具有宽范围输入电压适应能力。海底电源安装于狭小密闭空间,对运行效率与功率密度有较高的要求。因此,面向海底供电的特殊应用需求,研究海底中压大功率直流变换器的拓扑结构和控制方法,实现海底电源高降压比多端口输出、宽输入电压适应、高效率运行具有重要意义。本文针对海底大功率直流变换器,深入研究了海底开关电容谐振型直流变换器拓扑和宽增益调节方法,研究的主要内容为以下三个方面: (1)针对中压直流输入多端口输出、高效率运行的要求,提出了具有自均衡能力的海底开关电容谐振型直流变换器拓扑。所提拓扑在开关电容输入串联的基础上,在各桥臂之间引入LC耦合均衡支路连接,通过周期性对称式充放电,实现变换器输入功率的自均衡。同时,在多个桥臂间引出输出端口,各输出端口连接LLC谐振网络,经高频变压器隔离及整流后实现多端口直流输出与软开关运行。围绕所提多端口直流变换器拓扑,分析了其所有开关模态,研究了变换器功率自均衡的特性,推导了变换器实现输入功率自均衡的条件,分析了变换器高降压比增益特性,根据增益特性设计了平衡支路参数,最后通过仿真验证了所提拓扑的正确性。 (2)针对海底开关电容谐振型直流变换器宽输入电压范围的要求,提出了占空比和移相角协同的宽增益调节方法。将控制周期分为两个控制阶段,第一控制阶段调节输入电容和平衡电容的电压,第二控制阶段调节谐振腔输入电压,通过多自由度共同控制输出电压,提升所提变换器宽输入电压的适应能力。围绕所提控制方法展开工作原理分析,分析了各控制阶段的电路运行模态,求解得到控制变量与直流增益的关系,并分别给出了单自由度、双自由度、三自由度的宽输入适应调压轨迹。最后,通过仿真验证了所提控制方法的可行性。 (3)设计了10k V/10k W的海底开关电容谐振型直流变换器工程样机。完成了功率器件的选取,驱动电路设计,电压、电流、温度采样电路设计,硬件保护电路设计等,计算了变压器参数和谐振参数,给出了系统控制的整体流程和软件设计流程图。最后基于所提变换器与控制方法进行了10k V高压实验,验证了所提变换器与控制方法的工程可行性。