关键词： 无刷直流电机   软开关技术   谐振极逆变器  

摘要： 无刷直流电机因为具有动态性能好、响应速度快、功率密度高、稳定性好等众多优点,被广泛应用在航空航天、国防工业以及国民生产的各个领域。然而,无刷直流电机通常由硬开关逆变器驱动运行,存在高损耗、转矩波动大、效率低、电磁干扰强等问题。为了解决这些问题,本文提出了一种新型软开关逆变器拓扑,应用于无刷直流电机的驱动控制。本文的主要工作内容如下: 首先,分析了无刷直流电机的工作原理,并基于三相桥式逆变器建立了等效的数学电气模型。采用电机转速/电流双闭环控制策略,建立了三相无刷直流电机控制系统仿真模型。仿真结果表明,所采用的控制策略可以使无刷直流电机正确稳定地运行,为后续研究无刷直流电机软开关驱动电路提供了理论基础。 其次,通过对国内外的各种软开关逆变器电路拓扑特点和性能进行分析对比,提出了一种用于驱动无刷直流电机的新型谐振极逆变器拓扑。阐述了新型谐振极逆变器在各个工作模态下的电压电流变化情况,并建立了每种工作模态的数学模型。通过工作过程说明了整个谐振极逆变器电路的开关管和二极管在工作过程中都实现了零电流和零电压的切换过程。 再次,本文分析了电路元器件参数对功率损耗的影响,并确定了辅助谐振电路中谐振电容和谐振电感参数大小。搭建了采用新型谐振极逆变器驱动无刷直流电机运行的系统仿真模型,并进行了仿真验证。仿真结果表明,本文所提出的新型谐振极逆变器驱动无刷直流电机运行时,电路中所有的开关管均实现了软开关工作过程,可以使电机转矩波动和电机定子绕组的电流纹波降低,电机转速也具有良好的控制性能。 最后,根据所建立的新型谐振极逆变器驱动无刷直流电机的系统仿真模型,本文设计了无刷直流电机新型软开关驱动电路的软件控制系统和硬件实验装置。采用STM32F4系列单片机作为新型软开关驱动器的核心部件,并基于电机电流/转速双闭环设计了电机控制算法的执行程序。在电机的空载实验中,实验结果表明,本文所提出的新型谐振极逆变器在驱动无刷直流电机工作时,所有的开关管均实现了软开关切换过程,直流电源的输出功率减小,提高开关频率降低电机绕组电流脉动的同时可减小功率损耗,证明了其在实际应用中的可行性和实用性。

关键词： 直流隔离开关   载流系统   接触电阻   环形触指   温升试验  

摘要： 1 120 kV特高压直流隔离开关的核心问题在于其通流能力,而载流系统的接触部位温升大小决定了隔离开关的通流水平。文中从接触电阻理论出发,研究了接触压力与接触点数对接触电阻的影响规律,设计了一种双层环形触指/触头载流结构,开发了环形触指的制造加工工装及加工工艺流程,并在环形触指/触头的基础上设计出了高载流技术的新型1 120 kV特高压直流隔离开关。为进一步研究隔离开关载流性能,文中对触指/触头接触部位进行了独立的电—热耦合分析,结果显示载流系统最大温升61.56 K,满足国标规定的温升值65 K。最后,通过隔离开关载流系统温升试验、动热稳定试验以及直流隔离开关整机的绝缘试验,进一步验证了设计的载流系统的可靠使用性能。

关键词： 换流站   直流转换开关   直流旁路开关   运行要求   防跳  

摘要： 换流站直流转换开关及直流旁路开关的操作机构大多由交流断路器改造而来,其防跳回路按照固定开关于分闸状态的原则设计,并不能完全适应直流系统的运行要求。文章概述了直流转换开关及直流旁路开关的结构及原理,从直流系统运行要求、最大转换电流及转换失败要求两个方面,分析了直流转换开关及直流旁路开关的设备运行要求。基于配合保障直流系统可靠性和可用率的要求分析了常规直流转换开关及旁路开关防跳回路设计存在的不足,指出直流转换开关和旁路开关的防跳设计应遵从固定于合闸状态的原则,并给出了防跳回路的改进设计。

关键词： 快速直流开关   软件开发   软件测试  

摘要： 本文介绍了船用快速直流开关控制软件的设计开发过程,实现了断路器分断和闭合控制、过载长延时保护、短路电流保护、事件记录等基本功能,并通过软件测试验证了该软件的功能,为该类软件的开发和设计提供了参考,对于提高舰船电力系统的安全性具有实际意义。

关键词： 直流断路器   换流支路   气体间隙开关   触发参数   诱导击穿  

摘要： 常规机械式直流断路器换流支路控制开关在快速操作、灵活控制和经济性兼容方面尚未完全满足配电网大规模应用的要求。为此,创新性地提出一种直流断路器换流支路用气体间隙开关方案,其操作性能受其触通特性的影响;进一步设计了样机,并搭建了用于研究其触通过程中喷射等离子体发展特性及其影响规律的触发试验平台。结果表明:气体间隙开关喷射等离子体诱导击穿过程可分为快速发展、饱和和消散3个阶段。随着工作系数的提高,气体间隙开关由饱和导通模式过渡到快速导通模式,触通时延及开关主间隙击穿时的等离子体临界喷射高度均随之降低。强绝缘、强电负性气体SF6对喷射等离子体的发展具有明显的抑制作用;气压增大对等离子体喷射也有明显的抑制效果,喷射速度和喷射高度均随之渐进减小,触通时延则随之增大。低气压下气体间隙开关主间隙在等离子体初次喷射过程中即可触通,而高气压下会存在明显的预击穿效应。研究成果可为直流断路器换流支路用特快速开关的设计提供理论指导,对于提高配电网快速开合技术的经济性、灵活性具有参考意义。

关键词： 中性母线开关失灵(NBSF)   特高压(UHV)   极隔离   重合   双极闭锁  

摘要： 中性母线开关失灵(NBSF)逻辑是特高压直流输电工程控制保护系统的典型设计,主要是考虑直流输电工程在双极运行过程中,若其中一个极故障,保护动作执行极隔离时,故障极中性母线开关拉不开且动作于重合,无法隔离故障点,通过借助站内接地开关(NBGS)转移电流,然后拉开故障极中性母线开关、中性线隔离开关,对故障点进行隔离。本文详细介绍NBSF的具体逻辑,结合仿真对该逻辑在逆变侧单极故障时可能引起双极闭锁的重大隐患进行深入分析,提出优化改进方案,并对优化后的方案进行仿真分析,以期对在运工程中该逻辑的改进及今后的工程设计提供参考。

关键词： 电网换相   改进开关函数   直流阻抗模型   小干扰稳定性  

摘要： 随着电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)传输容量日益增大,交直流耦合强度不断加深,系统稳定性问题日益突出。阻抗分析法是研究交直流互联系统小扰动稳定性的重要方法,其重点在于建立准确的直流阻抗模型。该文首先基于改进的开关函数在频域上建立直流阻抗数学模型,其考虑了定电流控制器、定电压控制器、锁相环同步相位和换相过程等因素;然后用阻抗分析法分析了定电流控制器比例系数和时间常数、整流侧锁相环带宽、定电压控制器比例系数和时间常数以及逆变侧锁相环带宽对系统小扰动稳定性的影响;最后基于PSCAD/EMTDC仿真平台,在CIGRE高压直流标准测试模型和某实际工程模型中验证了直流阻抗建模与小干扰稳定性分析的准确性。

关键词： ABB ZS1   交直流小母线   不停电改造  

摘要： 开关柜交直流小母线完好与否,直接影响开关柜内测保装置、合闸储能、加热照明的运行,影响操作和保护能否正确执行。一旦开关柜交直流小母线异常,会造成线路故障时无法跳闸,危及电网安全。文章通过现场实例,分析某110kV变电站10kV ABB ZS1开关柜Ⅰ、Ⅱ段交流全部失电,导致开关柜加热照明、接地刀闸闭锁电源不工作的原因,并提出解决方案。另外10kV ABB ZS1开关柜交直流小母线不同于其他制造厂家,重点介绍10kV ABB ZS1开关柜交直流小母线原理、不停电改造方案、所需工器具及材料、故障判断的方法。同时为同类型的开关柜交直流小母线巡视和检修提出建议,对保障设备可靠运行具有积极意义。

关键词： 直流变压器   输入串联输出并联   输入电压自平衡   开关谐振支路   故障处理策略  

摘要： 对于采用输入串联输出并联(ISOP)的直流变压器,输入侧电压平衡控制是必要且复杂的设计。基于双有源桥式模块,提出了一种改进的输入电压自平衡型直流变压器拓扑。通过在模块间增加开关谐振支路,该拓扑在不增加开关器件数量的前提下实现了输入侧电压自平衡。通过对开关谐振支路的电流应力分析,发现该支路不会产生额外的开关损耗,也不会影响各模块工作原理。与传统均压控制解耦算法的对比表明,所提拓扑的电压自平衡特性避免了由于建模精度不足所带来的系统稳定性风险。文中给出了该直流变压器电压控制设计,并在不改变谐振支路工作状态的前提下,给出了故障模块切除和恢复的控制方案。仿真和实验验证了该拓扑的功能和特点。

关键词： 直流负荷开关   直流配电网   预充电电容   组合电容   机械开关   无弧关断  

摘要： 直流负荷开关是构建直流配电网的关键设备。针对现有直流负荷开关附加设备多、体积大、控制复杂等缺点,文中提出组合电容型直流负荷开关拓扑,并分析所提拓扑工作原理、控制策略和参数设计。该负荷开关利用预充电电容构成源侧部分和荷侧部分。且多条直流母线出线上的负荷开关共用源侧部分,降低了设备体积和成本。切负荷过程中,通过源、荷侧电容的配合,给机械开关提供一个低电压、零电流的关断条件。最后在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,对所提拓扑的可行性与有效性进行验证。结果表明,文中直流负荷开关能够可靠无弧关断负荷电流,保障直流配电网的安全运行,且所需设备成本低,有助于提高直流配电网的经济性。