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Solid-state Circuit Breaker Based on Cascaded Normally-on SiC JFETs for Medium-voltage DC Distribution Networks

Protection and Control of Modern Power Systems 2024年第2期9卷 32-46页

作者： Dong He Haohui Zhou Zheng Lan Wei Wang jinhui zeng Xueping Yu Z.John Shen Chongqing University of Posts and Telecommunications ChongqingChina Henan Polytechnic University JiaozuoChina College of Electrical and Information Engineering Hunan University of TechnologyZhuzhou 412007China Hunan University ChangshaChina College of Electrical and Information Engineering Hunan UniversityChangshaChina College of Electrical Engineering Three Gorges University Rensselaer Polytechnic Institute TroyNYUSA

Solid-state circuit breakers(SSCBs)are critical components in the protection of medium-voltage DC distribution networks to facilitate arc-free,fast and reliable isolation of DC ***,limited by the capacity of a single semiconductor device,using semi-conductor-based SSCBs at high voltage is *** study presents the details of a 1.5 kV,63 A medi-um-voltage SSCB,composed primarily of a solid-state switch based on three cascaded normally-on silicon car-bide(SiC)junction field-effect transistors(JFETs)and a low-cost programmable gate drive *** and static voltage sharing among the cascaded SiC JFETs of the SSCB during fault isolation is realized using the pro-posed gate drive *** selection conditions for the key parameters of the SSCB gate driver are also ***,an improved pulse-width modulation cur-rent-limiting protection solution is proposed to identify the permanent overcurrent and transient inrush current associated with capacitive load startup in a DC distribu-tion *** the developed SSCB prototype and the fault test system,experimental results are obtained to validate the fault response performance of the *** Terms—Solid-state circuit breaker,DC distribu-tion network,SiC JFET,voltage balancing,inrush current.

关键词： Solid-state circuit breaker DC distribu-tion network SiC JFET voltage balancing inrush current

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基于移相控制统一模型的双有源桥DC-DC变换器基波环流优化控制策略

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电力自动化设备 2024年第4期44卷 74-81页

作者：曾进辉张长威曹斌余雪萍兰征邹彬王婷曹洋湖南工业大学电气与信息工程学院湖南株洲412007 国网湖南省电力有限公司长沙供电分公司湖南长沙410118 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司湖南株洲412007

为充分利用双有源桥DC-DC变换器的容量,减小无功功率,提升工作效率,提出一种基于变换器移相控制统一模型的基波环流优化控制策略。通过引入基波移相比对变换器的所有移相控制方式进行统一描述,并采用傅里叶分解法建立全桥交流电压及电... 详细信息

为充分利用双有源桥DC-DC变换器的容量,减小无功功率,提升工作效率,提出一种基于变换器移相控制统一模型的基波环流优化控制策略。通过引入基波移相比对变换器的所有移相控制方式进行统一描述,并采用傅里叶分解法建立全桥交流电压及电感电流的统一模型。该统一模型降低了多控制变量下变换器多模态分析的复杂性,适用于不同移相控制的所有工作模式,具有普适性。基于频域分析法和功率因数角,构建变换器传输功率及无功功率的统一数学模型。在此基础上,提出考虑无功基波分量的环流优化控制策略,并对传导损耗进行建模与分析。该策略简单有效,能够很好地减小变换器无功功率和改善系统效率,更有利于工程实际的应用。搭建了实验平台,对比了所提基波环流优化控制策略与传统移相控制方式下变换器的功率因数及变换效率,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。

关键词：双有源桥 DC-DC变换器统一模型基波优化功率因数传输效率

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寄生参数对基于常通型SiC JFET器件的中压直流固态断路器过电压的影响及抑制方法

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南方电网技术 2024年第4期18卷 19-29页

作者：何东李俊桦兰征王伟曾进辉湖南工业大学电气与信息工程学院湖南株洲412007 湖南大学电气与信息工程学院长沙410082

研究了寄生电感对基于常通型碳化硅(silicon carbide,SiC)结型场效应晶体管(junction field effect transistor,JFET)串联结构的中压直流固态断路器(solid state circuit breaker,SSCB)过电压的影响,并在此基础上提出了一种SSCB的过电压抑制方法。首先介绍了基于常通型SiC JFET器件串联结构的SSCB拓扑及工作原理,建立了考虑完整回路寄生电感的SiC JFET串联结构开关过程的数学模型。其次利用MATLAB软件对数学模型进行解析计算,揭示了SSCB开关过程中寄生电感对SiC JFET器件串联运行时过电压的影响机理,并利用PSPICE仿真结果验证了理论分析的正确性。最后设计了一种适用于SSCB过电压抑制的单栅极驱动及缓冲电路,并通过SSCB实验样机验证了所提方法的有效性。

关键词：固态断路器碳化硅结型场效应晶体管串联结构寄生参数过电压

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Spent rechargeable lithium batteries in e-waste： composition and its implications

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Frontiers of Environmental Science & Engineering 2014年第5期8卷 792-796页

作者： Xianlai zeng jinhui LI State Key Joint Laboratory of Environment Simulation and Pollution Control School of Environment Tsinghua University Beijing 100084 China

The amount of spent rechargeable lithium batteries （RLBs） is growing rapidly owing to wide application of these batteries in portable electronic devices and electric vehicles, which obliges that spent RLBs should be handled properly. Identification of spent RLBs can supply fundamental information for spent RLBs recycling. This study aimed to determine the differences of physical components and chemical compositions among various spent RLBs. All the samplings of RLBs were rigorously dismantled and measured by an inductive coupled plasma atomic emission spectrometer. The results indicate that the average of total weight of the separator, the anode and the cathode accounted for over 60% of all the RLBs. The weight ratio of valuable metals ranged from 26% to 76%, and approximately 20% of total weight was Cu and Al. Moreover, no significant differences were found among different manufacturers, applications, and electrolyte types. And regarding portable electronic devices, there is also no significant difference in the Co-Li concentration ratios in the leaching liquid of RLBs.

关键词： rechargeable lithium batteries e-waste physical components difference analysis recycling

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Anthropogenic mineral generation and its potential resource supply:The case of niobium

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Science China Earth Sciences 2024年第8期67卷 2583-2591页

作者： Xianlai zeng Moisés Gómez Mahmoud BAKRY Yong GENG jinhui LI School of Environment Tsinghua UniversityBeijing 100084China School of Environmental Science and Engineering Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai 200240China School of International and Public Affairs Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai 200030China

The strategy of carbon neutrality is reshaping the global landscape of resource flow and *** the final sink of geological minerals,the proliferated anthropogenic minerals,also called secondary resources,play an increasingly important role in resource supply *** is a critical metal that lacks full concern for its *** fundamental principle of niobium circularity is to recycle and maintain the material as close to the manufacturing process as *** we estimate the niobium-containing applications lost at their end-of-life,underscoring the imperative to minimize such ***,we elucidate the extraction processes for scrap and alloy quantities throughout the industry's *** from anticipated waste generated by the majority of niobium applications,a forecast indicates a potential loss of approximately 168 kt by 2090 in the absence of ***,with a recycling efficiency of 90%for niobium,the projected loss diminishes to approximately 16 *** delve into the significance of niobium's circular economy and explore various aspects that demand further investigation for a seamless transition from linear to circular practices.

关键词： Niobium Anthropogenic mineral Circular economy Recycling Sustainability

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Unexpected catalytic activity of rhodium nanodendrites with nanosheet subunits for methanol electrooxidation in an alkaline medium

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Nano Research 2016年第12期9卷 3893-3902页

作者： Yongqiang Kang Fumin Li Shuni Li Pujun Jin jinhui zeng Jiaxing Jiang Yu Chen Key Laboratory of Macromolecular Science of Shaanxi Province School of Materials Science and Engineering Shaanxi Normal University Xi'an 710062 China School of Chemistry and Chemical Engineering Shaanxi Normal University Xi'an 710062 China

Nanocrystals of Rh, an important member of the noble metal catalyst family, have wide applications in heterogeneous catalytic reactions. Controlling the morphology of these noble metal nanocrystals has become an effective strategy for improving their catalytic activity and durability. In this work, well-defined Rh nanodendrites with very thin triangular branches as subunits are synthesized using a facile diethylene glycol reduction method, assisted by polyethyleneimine as a complex-forming agent and surfactant. For the first time, the methanol oxidation reaction （MOR） on Rh nanocrystals with a well-defined morphology is investigated using various electrochemical techniques in an alkaline medium. Unexpectedly, the as-prepared Rh nanodendrites, with ultrathin nanosheet subunits, exhibit superior electrocatalytic activity and durability during the MOR in an alkaline medium, indicating that Rh nanocrystals with specific morphology may be highly promising alternatives to Pt electrocatalysts in the MOR in an alkaline medium.

关键词： rhodium nanodendrites fuel cells methanol electrooxidation electrocatalysis

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考虑超调的虚拟同步发电机暂态功率振荡抑制策略

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电力系统自动化 2022年第11期46卷 131-141页

作者：兰征龙阳曾进辉涂春鸣肖凡郭祺湖南工业大学电气与信息工程学院湖南省株洲市412007 国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学) 湖南省长沙市410082

虚拟同步发电机(VSG)在有功指令和电网频率扰动下存在输出有功暂态振荡和稳态偏差的问题。控制中增加暂态阻尼环节可以抑制振荡、避免稳态偏差,但存在较大超调问题。通过建立VSG在2种扰动下的有功闭环小信号模型,依据根轨迹分析振荡抑... 详细信息

虚拟同步发电机(VSG)在有功指令和电网频率扰动下存在输出有功暂态振荡和稳态偏差的问题。控制中增加暂态阻尼环节可以抑制振荡、避免稳态偏差,但存在较大超调问题。通过建立VSG在2种扰动下的有功闭环小信号模型,依据根轨迹分析振荡抑制效果,进一步结合零点分析超调,得到暂态阻尼策略下VSG超调的原因和特性,并提出2种基于有功暂态补偿的VSG功率振荡抑制策略:暂态前馈补偿和暂态反馈补偿。2种改进策略均可以提升系统的暂态阻尼,有效抑制VSG有功振荡,既不会增大稳态偏差,又能大大减小超调。通过MATLAB/Simulink仿真及StarSim硬件在环半实物实验验证了所提策略的正确性和有效性。

关键词：虚拟同步发电机有功指令扰动电网频率扰动有功振荡有功超调

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含异构微源孤岛微电网内虚拟同步发电机预同步控制策略

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电力系统自动化 2022年第19期46卷 154-161页

作者：兰征刁伟业曾进辉何东涂春鸣姜飞湖南工业大学电气与信息工程学院湖南省株洲市412007 国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学) 湖南省长沙市410082 长沙理工大学电气与信息工程学院湖南省长沙市410076

在含异构微源孤岛微电网的弱电网环境下,基于相差控制的虚拟同步发电机(VSG)在预同步过程中会因相角差周期跳变产生频率波动,且锁相环与弱电网的耦合作用会对其产生影响,容易导致VSG失稳,甚至引发系统崩溃。为此,提出一种基于虚拟电流的... 详细信息

在含异构微源孤岛微电网的弱电网环境下,基于相差控制的虚拟同步发电机(VSG)在预同步过程中会因相角差周期跳变产生频率波动,且锁相环与弱电网的耦合作用会对其产生影响,容易导致VSG失稳,甚至引发系统崩溃。为此,提出一种基于虚拟电流的VSG预同步控制策略。首先,简析相角差跳变机理,揭示其对VSG并网过程的影响;然后,基于虚拟电流改进相角控制器输入变量,消除相角差跳变以提高VSG并网的频率稳定性,实现无锁相环的预同步。在此基础上,建立小信号模型,分析不同参数对预同步过程的影响,并设计合理的控制器参数提高系统的动态性能。最后,MATLAB/Simulink仿真及StarSim硬件在环半实物实验验证了所提策略的有效性。

关键词：孤岛微电网相角差跳变预同步虚拟同步发电机虚拟电流锁相环异构微源

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分散式风电场水土流失预测及治理成效

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水利科学与寒区工程 2023年第10期6卷 87-90页

作者：曾进徽深圳市新大地环境工程技术有限公司广东深圳518112

分散式风电场在建设过程中不可避免会破坏地区的自然植被,引起一定范围的水土流失,因此,开展水土流失预测,有针对性地提出分区防治措施,对于预防和治理工程建设造成水土流失具有重要的实践意义。本文以东北地区某风电场项目为例,在对风... 详细信息

分散式风电场在建设过程中不可避免会破坏地区的自然植被,引起一定范围的水土流失,因此,开展水土流失预测,有针对性地提出分区防治措施,对于预防和治理工程建设造成水土流失具有重要的实践意义。本文以东北地区某风电场项目为例,在对风电场建设过程中导致水土流失的影响因素分析的基础上,通过确定水土流失预测面积、预测时段和再塑地貌土壤侵蚀模数,预测新增水土流失量,并将项目区分为6个防治分区,综合采用表土剥离及回覆等工程措施,撒播种草等植物措施和临时遮挡等措施进行综合防治,取得明显的治理效果。

关键词：风电场水土流失预测分区防治措施治理成效

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含分布式光伏的中压直流配电网接地故障暂态特性分析

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电力自动化设备 2023年第11期43卷 43-50页

作者：何东徐明章兰征王伟曾进辉余雪萍湖南工业大学电气与信息工程学院湖南株洲412007 湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082

针对分布式光伏接入直流配电网后故障电流分布呈现新特征的问题,以含分布式光伏的中压直流配电网为研究对象,分析直流母线发生单极接地故障时的故障暂态特征和影响机理。单极接地故障响应过程可以分为直流侧电容放电、光伏电源多回路供... 详细信息

针对分布式光伏接入直流配电网后故障电流分布呈现新特征的问题,以含分布式光伏的中压直流配电网为研究对象,分析直流母线发生单极接地故障时的故障暂态特征和影响机理。单极接地故障响应过程可以分为直流侧电容放电、光伏电源多回路供电、光伏电源续流以及电感续流4个阶段,并根据4个阶段的暂态特性推导得到了各故障阶段中各个变换器直流侧电容电压以及故障电流的时域表达式。通过分析故障电流的典型特征可以发现单极接地的故障电阻大小对故障电流的幅值和到达峰值的时间影响较大。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建含分布式光伏的±10 kV双端供电型直流配电网仿真模型,验证了含分布式光伏的中压直流配电网单极接地故障暂态特性理论分析的正确性。

关键词：分布式光伏直流配电网接地故障故障电流故障特征

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