高压大容量电力电子装置与系统正成为新一代电网系统和大型电力牵引系统中的关键核心设备。实现对电能可靠变换与传输的精确控制,是大容量电力电子装置和系统中的核心问题。针对电力电子混杂系统控制技术进行综述,回顾了控制理论和技术的发展轨迹以及在电力电子混杂系统应用现状。解析了电力电子混杂系统的控制规律,探讨了几种适合该混杂系统的...
高速列车在再生制动运行时,会产生大量的再生制动能量,这部分能量无法简单地忽略。首先考虑高速列车在各种运行工况下能量回馈对系统不平衡的影响,提出了一种高速铁路系统协同不平衡补偿方法(collaborative unbalance compensation method, CUCM)来降低电力电子补偿装置的容量与成本;然后分析了两种补偿原理,即RPC原理和Steinmetz原理,以保证CUC...
混合型有源电力滤波器(HAPF)需要具有稳态精度高和动态响应快的特点,为此根据无变压器混合有源电力滤波器(TLS-HAPF)拓扑结构,提出了一种基于快速重复控制(RC)的改进型控制策略,即比例积分控制(PI)和快速RC两部分相融合。在dq同步旋转坐标系下,这种控制策略不仅可以很好地抑制由非线性负载产生的6n±1次谐波,同时还具有动态响应速度快、占用存储...
为了提高配电网故障电磁瞬态特性的实时仿真效率,避免复杂的现场可编程门阵列(field-programmable gatearray,FPGA)编程,本文研究了一种基于FPGA的自动实时电磁瞬态仿真器。首先通过综合改进的增广节点分析(modified augmented nodal analysis, MANA)方法和固定的导纳矩阵节点方法(fixed admittance matrix nodal method,FAMNM)构建了求解器;然...
高压大容量电力电子装置在国民经济发展中的需求正在日益增大。然而,由于高压大容量电力电子系统往往由多个变换单元组合而成,结构复杂,时间尺度跨度大,呈现出典型的混杂系统特性,现有仿真软件和方法难以实现准确、高效、稳定的仿真。从电力电子系统的混杂特性出发,以10 kV-2 MW电能路由器装置为仿真算例,展示了所提离散状态事件驱动(DSED)仿真...
在研究高压大功率绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)芯片电气物理模型的基础上,对现有研究成果中模型使用的非准静态建模方法进行了总结、分析、对比和分类。大功率IGBT半导体芯片具有承受高电压的低掺杂宽基区,该区域的非准静态表征一直以来都是IGBT模块物理建模的重难点。已有国内外研究人员针对该问题提出大量不同建...
变换器的数学建模对于设计性能优良的控制器提高其性能具有重要作用。为了分析双有源全桥变换器(DAB)的动态特性,首先利用参与因子分析方法定位出影响DAB变换器稳定性的主导状态变量,从而为模型化简提供了严格的数学基础。根据这一结论,从已有的二阶等效电路出发,通过消去非关键状态变量,得到了DAB变换器简化等效电路模型。该简化模型中考虑了损...
近10年来,绝缘栅型功率开关器件的栅极驱动主动控制技术因其对开关瞬态过程可控性高、无需对主电路进行改动的优势,在高压大容量电力电子应用场合得到越来越多的关注。首先介绍了主动栅极驱动电路的基本结构与电路实现,总结了现有栅极驱动主动控制技术的研究现状。在此基础上,从控制策略的设计、控制稳定性的分析、控制参数自适应调整能力、多功...
在高压大容量电力电子设备中,采用叠层母排作为主要连接器件能够降低换流回路杂散电感,减小开关瞬态过程中的电压尖峰,因此叠层母排的设计对高压大容量电力电子装置的性能有着显著影响。为此,针对器件并联型有源中点钳位型(ANPC)拓扑,从换流回路杂散电感大小和不同换流回路杂散电感对称性的角度出发,对比了不同母排层数和空间结构对换流回路杂散...
叠层母排作为大容量电力电子装置中的主要连接部件,能够有效减小装置换流回路中的杂散电感,抑制开关瞬态过程中功率器件上非理想的电压尖峰。采用多电平拓扑的电力电子装置因其复杂的拓扑结构需采用多层叠层母排。多层叠层母排换流回路中包含的导体层在高频激励下会产生涡流,中间导体层中存在的涡流场会影响换流回路中电磁场分布,进而影响多层叠...
目前,随着我国"神舟"载人航天计划、探月工程、空间站等航天重大任务的逐步推进,航天器在发射和轨道运行过程中的充放电效应已成为航天器的重要电磁危害源,而充放电效应及防护技术研究是关系航天器可靠性和安全性的重要问题之一,因此,该文从充放电效应对航天器的危害、航天器充放电机理、充放电效应防护技术等方面重点阐述研究进展,在综合分析航...
空腔结构部位的缺陷在缺陷检测中往往被漏检,是无损检测中的难点。爬波是一种在材料的曲面上传播的压缩波,对腔体表面和近表面缺陷非常敏感,为空腔结构部位的缺陷检测提供了可能。因此求解了爬波的频散方程,分析了爬波的频散特性和衰减特性;基于有限元方法(FEM)研究了电磁超声爬波和空腔的相互作用,分析了爬波对构件内部空腔缺陷的检测能力;对空...
随着鲁西背靠背以及渝鄂背靠背工程的相继推进,异步联网后送端电网出现的超低频振荡威胁着系统的稳定运行。针对异步联网后的多直流送出系统,分析了超低频振荡产生原因及直流频率限制器(FLC)抑制超低频振荡的机理。结合直流FLC影响因子和直流控制敏感度提出了一种考虑送端电网水电分布的直流排序方法。并据此提出了一种的超低频振荡抑制方案,该...
高压链式STATCOM在重载时功率模块的直流电容电压容易控制,在空载时却可能发生失控。空载失控机理分析是解决该问题的关键。针对该机理问题,主要开展了如下研究:分别将串联阻抗、并联阻抗和控制电源能耗化简并绘制出等效电路图。基于平均模型将直流电容电压分解为直流分量和交流分量,交流电流分解为基波和谐波分量。并利用调制度等效开关函数,得...
机械式有载分接开关因其机械结构所致,工作中存在燃弧、过渡损耗等问题,需要定期对其进行维护与检修,耗费大量资源,一直被广大工程技术研究人员所关注。从工程实际出发,以国内某机械真空滑动复合式有载分接开关为对象,为了抑制电弧、降低工作损耗的目的,进行了理论研究和实践分析。拟定了初步改进方案、分析了改进机理,在不改变原有机械拓扑结构...
大型交流电网采用柔性直流系统进行异步联网后,可以完全消除区域系统间的低频振荡,但送端系统内部的低频振荡特性也会发生改变。为探讨送端系统在柔性直流异步联网前后的低频振荡阻尼构成和变化规律,重点分析了负荷、交流联络线功率、运行电压及线路阻抗对系统阻尼的影响,并推导了交流联络线上增加柔性直流输电系统后,换流站不同控制方式及安装...
目前有关双馈风力发电机(DFIG)高电压穿越问题的研究大多集中于对电网电压骤升期间定子磁链暂态特性的分析,忽略了故障恢复后定子磁链的动态变化。因此,对电网电压不对称骤升故障和在不同持续时间下的定子磁链暂态全过程进行了理论推导;针对传统"灭磁"控制需对相序进行分离的复杂性,提出了一种无需磁链观测和系统参数的反向电流追踪控制策略。仿...
应用于光伏系统的准Z源逆变器(QZSI)存在着不稳定的零动态和非线性特性,导致系统振荡、动态响应缓慢和控制器设计复杂等问题。基于输入/输出反馈线性化方法,提出将直通电流和脉冲直流电压作为状态变量建立QZSI直流侧的仿射非线性二阶模型,将原非线性系统转化为线性系统,具有模型精确、阶数低、算法简单等优点。基于此模型,设计经典PI控制器调节Q...
风水微网中,风电的间歇性和波动性容易造成微网功率波动频繁,恶化微网电能质量。为平滑风水微网输出功率,提出将PI-PD控制方法应用到微网内水电机组控制中,采用频域分析法分析了常规PID控制及PI-PD控制对水电机组的控制效果,提出改善水机动态响应过程的参数调整方法;建立了风水微网仿真模型,通过时域仿真比较了微网内水机采用常规PID、模糊PID和...
对于一次调频辅助服务市场下的电池储能系统(BESS)投资规划,依据固定寿命或循环寿命粗略表征电池性能衰退会造成配置效果出现偏差,从而难以实现净收益最大化。给出了兼顾调频功率需求及荷电状态(SOC)精细化管理的BESS运行控制策略,从储能电池容量衰减的角度提出了电池日历寿命预测方法,建立了以全寿命周期净现值最大化为目标的BESS配置容量与控...
为了精确检测新能源汇集地区的次同步谐波,引入一种基于加窗插值快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)算法和全相傅里叶变换(all-phase FFT,apFFT)的组合优化算法。通过对主瓣窄的Hanning窗和旁瓣特性优良的4项三阶Nuttall窗做卷积运算得到混合卷积窗函数,推导出基于二阶混合窗的三谱线插值校正公式,并将其应用于幅值和频率的参数检测;利...
支柱绝缘子在电力系统中被广泛应用,研究支柱绝缘子积污规律对预防污闪事故的发生、保证电力系统的稳定运行有着重要意义。为此选取了3种不同型式的110 kV支柱绝缘子在冀北秦皇岛、湖南株洲以及宁夏石嘴山进行了为期1a的自然积污试验,分析了支柱绝缘子结构型式以及积污地点地理气象差异对支柱绝缘子表面自然积污的影响,并建立了支柱绝缘子流体力...
SF6具有较高的温室效应潜在值(global warming potential, GWP),未经处理排放到大气中会对环境产生影响。电力工业中SF6的应用越来越广泛,废气排放量也高速增长。为减少电力工业中SF6废气对环境的污染,基于TiO2表面在紫外光照射下具有催化效应这一特性,设计了一套实验平台,研究了不同数量的Ti O2催化剂和有H2O参与时对常温常压下高浓度SF6降解效...
聚合物绝缘材料在电气设备中已得到广泛应用,其绝缘安全对电气设备的可靠服役具有显著影响。由于聚合物材料内部因生产工艺、运行老化等原因形成大量的载流子陷阱,为空间电荷的积聚提供了条件,从而使聚合物绝缘材料面临着击穿破坏的风险,严重威胁其运行安全。因此,对聚合物绝缘材料内部的载流子陷阱进行有效表征,探寻其与材料老化、击穿的相关性...
挤塑高压直流电缆是柔性直流输电的核心装备和构建直流电网的物理基础。绝缘材料中的空间电荷问题是制约挤塑高压直流电缆发展的关键技术难题,也是电气绝缘领域研究的热点。电热耦合场下电导率、电场、空间电荷的时空演化及关联影响机理的研究是解决空间电荷问题的理论基础。重点从空间电荷形成与空间电荷抑制两个方面探讨和分析了高压直流电缆...
高温硫化硅橡胶伞裙和护套吸水、吸湿后的介质损耗发热会导致硅橡胶复合绝缘子出现局部温度升高现象,硅橡胶的吸水、吸湿受到多种因素的影响。为此利用称重法研究非典型污秽(氢氧化钠、葡萄糖和硫酸钙)溶液浸渍时无机填料特性、温度、溶液浓度和拉应变对高温硫化硅橡胶吸水性的影响,以及利用现代材料分析方法研究这些污秽溶液的浸渍对硅橡胶理化...
聚丙烯(PP)由于具有优异的介电性能和耐热性,而成为热塑性高压直流电缆绝缘材料研发关注的热点。为此利用纳米SiO2粒子填充协同聚烯烃类弹性体(POE)共混的方法,调控PP的结晶结构,改善其电、热、机械等宏观性能。利用扫描电子显微镜(SEM)、偏光显微镜(PLM)、交/直流击穿系统、电–声脉冲测试系统(PEA)、差示扫描量热仪(DSC)和电子万能实验机分别...
±800kV换流变阀侧套管是实现特高压换流变压器与阀塔电气连接的重要设备,主要针对其内外绝缘结构进行设计分析。讨论了换流变套管的实际运行环境和承受的电压、电流波形特征;利用等裕度法设计套管主绝缘结构,通过有限元法对其电、热、力多物理场进行模拟分析;对换流变套管从空心复合绝缘子、套管均压罩、套管尾部3方面进行了设计和分析;建立了换...
为解决兰新高铁达坂城盐湖风区接触网绝缘子大面积污闪问题,设计了新型接触网腕臂绝缘子,根据工频复数电磁场理论和计算流体力学理论,在COMSOL Multiphysics仿真平台上构建了电场─流场─粒子追踪场─流体和粒子相互作用的多物理场单相耦合的等比例绝缘子风洞积污仿真模型,以碰撞系数和分布系数为表征参数,分析了不同气流角度下绝缘子表面积污特...
电弧作用下,电接触表面局部温度超过材料相变温度,材料发生熔化、蒸发,进而接触表面形成熔池、烧蚀坑。电弧烧蚀将严重影响电接触性能,缩短材料使用寿命。为此建立了电弧的磁流体动力学模型,基于热传导理论,求解了电接触副浸铜碳材料–铜锡材料的温升侵蚀规律,分析了不同电弧电流、不同弧隙下接触材料烧蚀过程的变化规律;考虑浸铜碳材料的蒸发、...
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