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基于混频电源运行的模块化多电平矩阵式换流器阀段试验系统

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电力系统自动化 2024年第14期48卷 167-175页

作者：杨晨谢晔源段军王宇任铁强张君君南京南瑞继保电气有限公司江苏省南京市211102

模块化多电平矩阵式换流器(M^(3)C)是目前柔性低频输电系统完成频率变换的主要电力电子设备。M^(3)C包含9个桥臂,应用在高压大功率场合的串联模块数目众多,对其设备子模块的生产提出了特殊试验需求。在M^(3)C桥臂稳态电压和电流分析基础... 详细信息

模块化多电平矩阵式换流器(M^(3)C)是目前柔性低频输电系统完成频率变换的主要电力电子设备。M^(3)C包含9个桥臂,应用在高压大功率场合的串联模块数目众多,对其设备子模块的生产提出了特殊试验需求。在M^(3)C桥臂稳态电压和电流分析基础上,设计了一种应用于数个串联桥臂子模块(阀段)的对拖运行试验系统,可对其进行等效功率运行测试,以辅助M^(3)C设备的生产和出厂测试。提出了对拖试验系统的控制策略,搭建了由两组4个串联子模块构成的阀段对拖试验系统,进行了相关试验验证。试验结果表明,所提出的试验系统能够满足M^(3)C桥臂串联子模块的等效功率运行试验,并且对电源功率消耗要求不高。

关键词：高压直流输电低频输电模块化多电平矩阵式换流器换流阀混合频率

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基于模块化级联拓扑的高压直流直挂储能装置

电力自动化设备 2024年第3期44卷 9-14,21页

作者：姚宏洋谢晔源王翀任铁强祁琦马秀达南京南瑞继保电气有限公司江苏南京211102

为了提升柔性直流输电的有功功率调节能力及惯量支持能力,研究了基于模块化级联拓扑的高压直流直挂储能技术,探索了高压直流直挂储能的工程化实施方案、控制系统架构及控制策略,提出了基于子模块电池荷电状态排序的改进型最近电平逼近... 详细信息

为了提升柔性直流输电的有功功率调节能力及惯量支持能力,研究了基于模块化级联拓扑的高压直流直挂储能技术,探索了高压直流直挂储能的工程化实施方案、控制系统架构及控制策略,提出了基于子模块电池荷电状态排序的改进型最近电平逼近调制策略,用于解决电池荷电状态及子模块开关频率整体均衡的问题。给出了高压直流直挂储能关键参数的计算方法。研制了基于磷酸铁锂电池的高压直流直挂储能模块及控制系统样机,搭建了含高压直流直挂储能的柔性直流输电系统的电磁暂态仿真模型和基于串联变流器的试验平台,通过系统仿真及样机试验验证所提高压直流直挂储能方案的可行性。

关键词：柔性直流输电模块化级联拓扑高压直流直挂储能最近电平逼近调制荷电状态

具备黑启动和构网能力的远海风电经DRU-MMC送出方案

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电力系统自动化 2024年第16期48卷 142-153页

作者：谢晔源袁庆伟段军姜田贵南京南瑞继保电气有限公司江苏省南京市211102

由于具有成本低、体积重量小和可靠性高等特点,送端采用二极管整流器(DRU)、受端采用模块化多电平换流器(MMC)的送出方案在远海风电送出领域备受关注。鉴于DRU不能构建交流电网且无法倒送有功功率,文中提出一种具备黑启动和构网能力的... 详细信息

由于具有成本低、体积重量小和可靠性高等特点,送端采用二极管整流器(DRU)、受端采用模块化多电平换流器(MMC)的送出方案在远海风电送出领域备受关注。鉴于DRU不能构建交流电网且无法倒送有功功率,文中提出一种具备黑启动和构网能力的远海风电经DRU-MMC送出方案。所提方案在DRU-MMC送出技术的基础上增加了常规小容量电压源型辅助换流器、耗能单元和必要的快速开关,通过直流海缆复用和快速开关倒闸重构拓扑,分别构建黑启动电源低压回路和风电传输高压回路,实现黑启动和功率传输2种工况在线切换;提出辅助换流器在不同运行阶段的构网控制策略,解决海上交流电网构建、DRU无功补偿和谐波抑制等问题,消除DRU-MMC送出方案对风电场类型的限制。最后,通过经济性分析和算例仿真,验证了所提方案的优越性和有效性。

关键词：远海风电黑启动构网型控制二极管整流器模块化多电平换流器拓扑重构

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MMC子模块阻容及板卡功耗测试研究

电力电子技术 2024年第09期 14-17页

作者：欧阳有鹏谢晔源朱铭炼祁琦南京南瑞继保电气有限公司

换流阀作为模块化多电平换流器(MMC)柔性直流输电(HVDC)系统的核心设备,而子模块又是构成换流阀的最小电气单元,其运行可靠性直接关系整个HVDC系统的稳定性,因此,有必要对其核心元器件进行全面检测。在此研究一种测试电路及方法,首先,... 详细信息

换流阀作为模块化多电平换流器(MMC)柔性直流输电(HVDC)系统的核心设备,而子模块又是构成换流阀的最小电气单元,其运行可靠性直接关系整个HVDC系统的稳定性,因此,有必要对其核心元器件进行全面检测。在此研究一种测试电路及方法,首先,利用最小二乘法拟合电容的充电电压曲线,精准推导出电容容值;其次,基于能量守恒原理,反推二次板卡功耗;最后,根据电容的放电电压曲线,反推均压电阻阻值,并以工程子模块为例进行试验,验证所设计的测试电路及方法的正确性及高精度性,可适用于子模块元器件的厂内和现场检测。

关键词：变换器子模块最小二乘法

基于全扇区统一占空比函数的Ⅰ型NPC三电平SVPWM载波化算法

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分布式能源 2024年第4期9卷 11-22页

作者：吴扣林袁庆伟谢晔源刘洪德钱为南京南瑞继保电气有限公司江苏省南京市211102

Ⅰ型中性点钳位(neutral point clamped, NPC)三电平变流器作为中大容量新能源发电系统的核心设备,其调制策略直接影响变流器的能量转换效率、谐波特性和运行控制特性等。鉴于Ⅰ型三电平变流器的传统空间矢量脉宽调制(space vector puls... 详细信息

Ⅰ型中性点钳位(neutral point clamped, NPC)三电平变流器作为中大容量新能源发电系统的核心设备,其调制策略直接影响变流器的能量转换效率、谐波特性和运行控制特性等。鉴于Ⅰ型三电平变流器的传统空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation, SVPWM)策略在实施过程中包含大量三角函数运算,基于三相静止坐标系进行调制算法的大小扇区判断和矢量作用时间计算等,并通过归纳整理,按照单调制波双载波的载波化思路,获得了适用于全扇区的三相统一的占空比函数。借助该占空比函数,变流器的数字控制器仅需通过简单的关系运算和数值计算,便可获得变流器功率管的控制信号,省去了大量三角函数计算,节约了硬件资源。此外,将SVPWM与正弦波脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation, SPWM)+3次谐波注入调制算法进行对比,从调制波层面,揭示了这2种调制算法之间的内在差异。最后,通过仿真验证了该算法的有效性。

关键词：三电平 SVPWM载波化 SPWM+3次谐波注入三相静止坐标系统一占空比函数

基于双有源全桥拓扑直流变压器中中频变压器的绝缘问题及处理

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电工技术学报 2021年第S2期36卷 755-760页

作者：苟建民谢晔源南京南瑞继保电气有限公司南京211102

针对当前基于双有源全桥(DAB)拓扑直流变压器的研究热点,讨论了应用于该类型直流变压器的中频变压器所面临的绝缘问题及处理方法。该文讨论了变压器尺寸减小、kHz工作频率及陡上升沿对中频变压器绝缘的影响。三种因素同时存在,共同影响... 详细信息

针对当前基于双有源全桥(DAB)拓扑直流变压器的研究热点,讨论了应用于该类型直流变压器的中频变压器所面临的绝缘问题及处理方法。该文讨论了变压器尺寸减小、kHz工作频率及陡上升沿对中频变压器绝缘的影响。三种因素同时存在,共同影响变压器的绝缘。为了应对上述因素所带来的挑战,需要重点在变压器绕组设计、绕组间及绕组内部匝间和层间绝缘需求分析、绝缘材料选用、绕组绕制及变压器加工工艺环节进行研究。

关键词：双有源桥拓扑中频变压器绝缘变压器尺寸 kHz工作频率陡上升沿

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Z源整流器研究

Z源整流器研究

作者：谢晔源浙江大学

学位级别：硕士

随着绿色能源技术的发展,PWM整流技术成为电力电子技术研究的热点和亮点,PWM整流器可以成为理想的用电设备或电网与其他用电设备的接口,因为它能够实现电网污染治理和可调节功率因数。本文从PWM整流器应用于交流传动出发,指出传统电压... 详细信息

随着绿色能源技术的发展,PWM整流技术成为电力电子技术研究的热点和亮点,PWM整流器可以成为理想的用电设备或电网与其他用电设备的接口,因为它能够实现电网污染治理和可调节功率因数。本文从PWM整流器应用于交流传动出发,指出传统电压型PWM整流器只能获得比网侧交流电压高的直流电压,从而在电动机起动过程中不得不忍受比较高的直流电压,造成后级逆变器调制因子过低,直接影响输出电压的质量。而且在电压源整流器中,一个桥臂的上下开关器件可能由于出现由于EMI的噪声而导致直通的现象,这将损坏器件和电路,从而降低电路的可靠性。为避免直通,通常采用加入死区时间的办法,这又会引起波形的畸变。本文研究一种新型的Z源整流器,它在传统电压源PWM整流器的基础上引入Z型阻抗网络形成新的拓扑,获得一些独特的、优越的性能。在新的Z源整流器中,传统PWM整流器故障状态——直通成为其一个正常工作状态,从而在根本上杜绝了EMI引起的桥臂共通毁坏电路故障情况,同时,它利用直通状态使得Z源整流器获得可升可降的直流电压,成为一个Buck/Boost型整流器。本文对Z源整流器的工作原理及控制方法进行了详细的分析。在此基础上,对一个5kw的三相Z源整流器样机进行设计,包括电路各个器件的理论设计,特别是Z网络电感和电容的设计;对Z源整流器进行控制系统设计,并比较分析多种适用的控制策略,给出其中一种基于DSP的数字化实现方法;利用Saber软件进行电路仿真、优化部分电路参数;给出各个控制电路的设计方案;运用Unigraphics软件对样机整体结构设计;按照设计的模型搭建样机;最后试验结果与理论分析结果比照,证实了理论的正确性。

关键词： Z源整流器短路零矢量控制空间矢量控制

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应用于海岛配电网的级联型PET控制策略

高电压技术 2021年第3期47卷 917-926页

作者：魏星谢晔源卢宇刘鹏岳付昌南京南瑞继保电气有限公司南京211102 国网江苏省电力有限公司连云港分公司连云港222004

海岛配电网位于传统交流配电网末端,存在供电电源单一、网架结构薄弱和分布式能源利用率低等问题,同时还存在配电网的运行状态切换困难以及内部多设备控制模式和控制目标协同配合复杂等难题。为了提升系统的运行能力,应用级联型电力电... 详细信息

海岛配电网位于传统交流配电网末端,存在供电电源单一、网架结构薄弱和分布式能源利用率低等问题,同时还存在配电网的运行状态切换困难以及内部多设备控制模式和控制目标协同配合复杂等难题。为了提升系统的运行能力,应用级联型电力电子变压器(power electronic transformer, PET)构建海岛交直流混合配电网。通过分析实际工程的应用需求,综合考虑并设计PET控制架构及其策略,满足双向功率传输、双向启动、多运行模式及其切换等要求,并在回转器模型基础上增加直流电压前馈环路提升PET的响应特性。系统实验结果表明,PET可实现海岛交直流混合配电网的可控互联,有效提升其功率传输的灵活性和适应性,并为其安全可靠运行提供有力支撑。

关键词：电力电子变压器级联型变换器多运行模式控制策略电压前馈交直流混合配电网

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高压直流断路器耗能支路MOV关键技术

高电压技术 2021年第9期47卷 3208-3217页

作者：杨兵石巍方太勋谢晔源吕玮陈羽南京南瑞继保电气有限公司南京211102

金属氧化锌避雷器(MOV)作为高压直流断路器的重要组成部分,具有电压等级高、吸收能量大(数百兆焦)的特点,工程设计难度大。该文详细开展了高压直流断路器MOV关键技术研究。首先,影响高压直流断路器MOV吸收能量的因素众多,MOV吸收能量计... 详细信息

金属氧化锌避雷器(MOV)作为高压直流断路器的重要组成部分,具有电压等级高、吸收能量大(数百兆焦)的特点,工程设计难度大。该文详细开展了高压直流断路器MOV关键技术研究。首先,影响高压直流断路器MOV吸收能量的因素众多,MOV吸收能量计算和仿真难度大。同时详细分析了柔性直流系统运行方式、暂态保护控制策略、高压直流断路器的位置、故障点的位置以及故障类型对MOV吸收能量的影响,并以张北±535k V柔直工程为例,搭建七端仿真模型,归纳出直流断路器耗能支路MOV能量仿真方法。其次,高压直流断路器MOV能量巨大,需要涉及大量阀片串并联设计,该文从阀片生产工艺、一致性筛选试验、阀片配组、整体结构设计等方面开展多级阀片串并联的MOV一致性关键技术研究,同时设计多柱并联下MOV的监视和保护功能技术,提高其运行可靠性。最后,考虑到高压直流断路器中MOV的特殊应用工况,现有型式试验项目不能充分有效地考核其性能指标,还重点开展了MOV能量等效性试验和多柱均流测试的关键方法研究。高压直流断路器MOV关键技术研究涵盖了设计、生产与试验等各个环节,攻克直流断路器MOV设计难题,相关技术已经成功应用于张北±535 k V多端柔直工程。

关键词：高压直流断路器金属氧化锌避雷器吸收能量仿真 MOV一致性 MOV能量试验 MOV均流试验