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面向海上风电直流汇聚的四象限DC/DC变换器反向运行策略

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供用电 2025年第1期 52-63页

作者：张帅王辉李欢王成张涛李庆民山东大学电气工程学院南方电网科学研究院有限责任公司国网山东省电力公司德州供电公司华北电力大学电气与电子工程学院

直流汇聚与远距离传输并网的海上风电全直流系统与交流系统相比具有诸多优点，但目前尚有系统拓扑、运维及可靠性等诸多问题未解决。直流汇聚系统现有方案故障恢复与黑启动需要的能量多依赖于独立的反向拓扑，增大了运行成本。利用提出... 详细信息

直流汇聚与远距离传输并网的海上风电全直流系统与交流系统相比具有诸多优点，但目前尚有系统拓扑、运维及可靠性等诸多问题未解决。直流汇聚系统现有方案故障恢复与黑启动需要的能量多依赖于独立的反向拓扑，增大了运行成本。利用提出的新型四象限隔离型DC/DC变换器拓扑的自身特性，提出和设计实现了拓扑反向重构与能量传输，为风场故障恢复与黑启动提供了低成本辅助方案。该拓扑利用反并联晶闸管构成串联谐振DC/DC变换器二次侧电路，可实现DC/DC变换器的四象限运行。首先，重点分析了拓扑反向运行模式工作原理及参数关系，并设计了反向电压闭环控制策略。其次，利用分段状态空间方程得到变换器在电感电流连续模式（continuous current mode,CCM）以及2种电感电流断续模式（discontinuous current mode,DCM）下的谐振变量时域表达式，并利用其获得反向运行时的谐振电流应力。通过时域分析法和功率守恒推导了电压增益与品质因数、开关频率之间的数学关系，划分了反向运行时的5种工况，并设计了控制策略。最后，通过MATLAB/Simulink仿真以及样机实验验证了反向运行策略的有效性。

关键词： DC/DC变换器黑启动反并联晶闸管四象限运行时域分析法

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基于软启动的变压器励磁涌流抑制方法

电工技术学报 2020年第17期35卷 3640-3651页

作者：李春艳周念成王强钢廖建权魏能峤输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆400044

变压器空载合闸时一次绕组可能产生幅值很高的励磁涌流,这会对变压器自身和电网稳定运行造成不利影响,甚至导致继电保护装置误动作。该文分析了变压器励磁涌流产生的机理,结合反并联晶闸管和滤波电路组成的涌流抑制器,提出了一种基于软... 详细信息

变压器空载合闸时一次绕组可能产生幅值很高的励磁涌流,这会对变压器自身和电网稳定运行造成不利影响,甚至导致继电保护装置误动作。该文分析了变压器励磁涌流产生的机理,结合反并联晶闸管和滤波电路组成的涌流抑制器,提出了一种基于软启动的变压器涌流抑制方法。针对反并联晶闸管导通过程产生奇次谐波的特点,对比分析涌流抑制器的高阶阻尼滤波、高阶阻尼陷波等电路的滤波效果,选取含RC阻容阻尼的高阶陷波电路作为滤波器,并对其参数进行优化设计。再将反并联晶闸管与滤波器串联,结合变压器端电压闭环反馈控制构建基于软启动的励磁涌流抑制方案,通过变压器端电压平滑启动实现励磁涌流的主动抑制。基于Matlab/Simulink建立不同联结方式下三相变压器组、三相三柱式变压器的励磁涌流抑制器模型,验证该方法的有效性。

关键词：励磁涌流涌流抑制器三相变压器反并联晶闸管

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长初级直线感应电机分段供电切换暂态过程

电机与控制学报 2015年第9期19卷 1-7页

作者：马名中马伟明范慧丽黄垂兵李文禄海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室湖北武汉430033 海军工程大学外训系湖北武汉430033

针对采用常规分段供电方式的长初级直线感应电机由于次级的运动,其覆盖每段定子的长度不断变化,导致通电定子段电机参数不断变化,无法对负载实现精确控制的缺点,设计了带中间母排结构的分段供电网络,可以保证电机在整个运行过程中模型... 详细信息

针对采用常规分段供电方式的长初级直线感应电机由于次级的运动,其覆盖每段定子的长度不断变化,导致通电定子段电机参数不断变化,无法对负载实现精确控制的缺点,设计了带中间母排结构的分段供电网络,可以保证电机在整个运行过程中模型和参数固定不变,能够利用现有各种控制算法实现高性能控制。对于采用反并联晶闸管作为分段供电切换开关,从晶闸管开通和关断的"数学——物理"模型出发,分析了分段供电切换过程中开关暂态过程及其对电机性能的影响。利用某采用分段供电的长初级双边直线感应电动机原理样机进行实验,实验结果与理论分析相吻合,验证了理论分析的正确性。

关键词：长初级直线感应电机分段供电网络反并联晶闸管切换开关物理-数学模型

MMC型统一电能质量控制器故障分析及保护策略

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电力建设 2015年第5期36卷 31-36页

作者：陆晶晶刘正富张剑袁敞肖湘宁杨用春新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市102206 广东电网公司电力科学研究院广州市510080

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)拓扑结构引入统一电能质量控制器(unified power quality conditioner,UPQC),既能够提高UPQC的容量又可以提高UPQC的电压等级,从而扩展了UPQC在中压领域的应用,使UPQC具有更加广... 详细信息

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)拓扑结构引入统一电能质量控制器(unified power quality conditioner,UPQC),既能够提高UPQC的容量又可以提高UPQC的电压等级,从而扩展了UPQC在中压领域的应用,使UPQC具有更加广阔的适用前景。然而当负载侧出现短路故障时,如何合理地操作保证其安全可靠地运行,不仅是系统对装置的要求,更是装置保护自身的要求。针对上述情况提出了应用于MMC型UPQC(MMC-UPQC)故障保护策略制定的原则,采用反并联晶闸管支路与线路断路器之间的动作配合,将串联MMC与故障线路隔离开,最终实现有效保护装置的目的。PSCAD/EMTDC环境下的仿真结果验证了所提方法的有效性及可行性。

关键词：统一电能质量控制器(UPQC) 模块化多电平换流器(MMC) 故障保护断路器反并联晶闸管

一种恒速风力发电机低电压穿越改进方案的研究

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现代电力 2013年第1期30卷 60-65页

作者：赵士硕尹忠东刘莫然新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206

提出了一种全新的恒速恒频风力机低电压穿越方案,在故障期间投入背靠背换流器并配合反并联晶闸管,使风力机组与电网通过背靠背换流器间接连接。同时通过合理的无功功率补偿与有功功率吸收,可维持机端电压幅值与频率为额定值,从而使风力... 详细信息

提出了一种全新的恒速恒频风力机低电压穿越方案,在故障期间投入背靠背换流器并配合反并联晶闸管,使风力机组与电网通过背靠背换流器间接连接。同时通过合理的无功功率补偿与有功功率吸收,可维持机端电压幅值与频率为额定值,从而使风力机平稳度过低电压暂态。文章首先建立了风力机系统各个部分的数学模型,随后详细描述并分析了换流器的控制策略,并最终在PSCAD/EMTDC平台中建立了风力机与低电压穿越装置的精确仿真模型。在仿真中施加了包括25%、50%、80%电压跌落的3种不同故障。仿真结果证明了本文所提出的低电压穿越改进方案的可行性与可靠性。

关键词：恒速恒频风力机低电压穿越背靠背反并联晶闸管 dq解耦控制

无触点有载调压配电变压器可靠性技术的研究与实现

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无触点有载调压配电变压器可靠性技术的研究与实现

作者：宋伟东北农业大学

学位级别：硕士

具有自动有载调压功能的配电变压器能够有效解决在电力系统无功功率充足的条件下电网末端电压波动的问题,因此无触点有载调压配电变压器已成为配电网自动化研究领域的一个重要方向。国内外专家学者们多年来进行了大量理论研究与实践探索... 详细信息

具有自动有载调压功能的配电变压器能够有效解决在电力系统无功功率充足的条件下电网末端电压波动的问题,因此无触点有载调压配电变压器已成为配电网自动化研究领域的一个重要方向。国内外专家学者们多年来进行了大量理论研究与实践探索,本课题所在项目前期也已取得突破性进展,研制出以50kVA配电变压器为平台,基于反并联晶闸管模块为分接开关、单片机为控制单元的核心的无触点有载调压装置样机。经实验室模拟试验验证,该样机具备基本调压功能,但在挂网运行试验中为感性负载比重较高的负荷供电时出现了过流保护动作并伴随分接开关被击穿的故障,不能完全可靠工作。因此运行可靠性问题是当前阻碍无触点有载调压配电变压器推广应用的技术关键。本课题所进行的无触点有载调压配电变压器可靠性技术的研究与实现就是以提高运行可靠性为目标,完成相应理论分析与方案的改进。首先从当前无触点有载调压配电变压器的构成、工作原理和以往实验结果着手进行分析,初步确定了六项因素有可能对无触点有载调压配电变压器可靠工作造成影响,其中励磁涌流、过渡支路工作可靠性、反并联晶闸管换向过电压、驱动单元输入输出绝缘能力和单片机程序可靠性将威胁无触点有载调压装置的可靠工作,引发故障。本文分部分针对已确定对运行可靠性产生威胁的因素提出相应改进方案：综合考虑励磁涌流、过渡支路和反并联晶闸管换向过电压三个因素,改进了主电路结构,将启动机构与过渡支路合并,合理设置阻容吸收电路参数并将其模块化以提高对反并联晶闸管换向过电压的吸收能力;利用光纤通信技术在高压电气隔离方面的优势,本文设计了反并联晶闸管光纤触发电路,实现位于配电变压器高压侧的反并联晶闸管与位于低压侧的控制单元之间可靠电气隔离;本文以看门狗芯片为核心,设计出各关键控制信号闭锁电路以防止单片机程序紊乱死机造成分接开关的误动。在测试实验中,控制单元故障闭锁装置能够在单片机模拟复位时保持调压装置的工作状态,并且使单片机重新进入程序后从复位前的工作状态开始继续运行。实验室模拟试验和现场带负荷试验结果表明,改进后的无触点有载调压配电变压器能够实现基本调压功能,并且在空载合闸、感性负荷接入以及突然切除全部负荷这三种特殊情况下依然能够可靠工作。运行可靠性问题的解决使无触点有载调压配电变压器不再仅限于理论分析与样机试验的研究程度,有助于无触点有载调压配电变压器的推广应用。可靠性技术的实现最终能从无触点有载调压的角度促进配电网自动化水平的提高,让电网末端电力用户得到稳定可靠的电能。

关键词：有载自动调压反并联晶闸管可靠性技术光纤技术控制单元闭锁保护

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配电变压器无触点有载自动调容技术的研究

配电变压器无触点有载自动调容技术的研究

作者：李继昌东北农业大学

学位级别：硕士

农村电网负荷波动大,因此造成变压器时而满负荷甚至过负荷,时而轻载甚至空载。变压器的损耗是由铁损和铜损两部分构成。若变压器容量不变而负荷变化,必将造成铁损和铜损的比例也不同,使变压器的损耗发生变化,所以,为使变压器的损耗较小... 详细信息

农村电网负荷波动大,因此造成变压器时而满负荷甚至过负荷,时而轻载甚至空载。变压器的损耗是由铁损和铜损两部分构成。若变压器容量不变而负荷变化,必将造成铁损和铜损的比例也不同,使变压器的损耗发生变化,所以,为使变压器的损耗较小,必须当负荷变化超过一定范围时,改变变压器的容量,即变压器的容量应该根据负荷的大小而变化。变压器容量的改变是通过触发调容开关的通断来完成的,在调容开关进行触发动作后,改变配电变压器高压侧与低压侧绕组的连接关系,从而改变配电变压器上匝数的数量关系,达到调容的目的。为了达到降低这种调容变压器损耗带来的经济损失的目的,本文以无触点有载自动调容分接开关及其触发方式作为研究对象,该调容分接开关由两个晶闸管反并联构成,智能控制器根据检测部分收集到的实时负荷数据,控制调容分接开关的导通与关断,进行高压侧D、Y转换和低压侧串并联变换,实现有载自动调容,使得变压器容量符合用户端负荷大小,降低变压器空载损耗。本文从现有的配电变压器调容技术中所采用的分接开关,分析其在调容过程中产生的诸多不安因素,如结构复杂、调节速度缓慢等。通过对晶闸管过零触发和移相触发方式的分析比较,设计了基于反并联晶闸管光纤触发方式的配电变压器无触点有载自动调容分接开关,对于一次侧触发电路中光接收器的供电问题,设计了自取能直流供电电路。光纤触发因其能有效处理高低压电气隔离问题且更加安全稳定得到了广泛的应用,它也是提高有载自动调容技术安全性与稳定性的关键所在。结合本文对无触点有载自动调容技术的研究,选取适合的电力电子元件在仿真软件Matlab/Simulink中搭建了无触点有载自动调容技术的仿真模型,对调容开关的触发切换过程进行了模拟仿真分析研究。根据示波器得到的波形可以看出,调容开关动作时会产生较大的冲击电流,由于晶闸管具有过零触发的特性,对触发时间进行延时处理可以合理的解决晶闸管因冲击电流导致的过热烧毁。理论分析与仿真结果表明,调容开关光纤触发方式的提出,提高了调容过程中的安全性与可靠性,并且调容过程较稳定。利用有载自动调容技术可以减少变压器总损耗,达到节能降损的效果,同时也减少了人员的投入,更加经济高效。

关键词：无触点有载自动调容反并联晶闸管光纤触发

基于光纤触发的无触点有载自动调压技术的研究

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基于光纤触发的无触点有载自动调压技术的研究

作者：李丽贞东北农业大学

学位级别：硕士

电网电压存在波动,负荷变化也会影响电网电压,从而不利于用电设备长期稳定运行。在无功功率充足的情况下,变压器调压是最直接有效的稳压措施。本课题所在项目“无触点有载自动调压配电变压器”研制出一种以反并联晶闸管为分接开关的无... 详细信息

电网电压存在波动,负荷变化也会影响电网电压,从而不利于用电设备长期稳定运行。在无功功率充足的情况下,变压器调压是最直接有效的稳压措施。本课题所在项目“无触点有载自动调压配电变压器”研制出一种以反并联晶闸管为分接开关的无触点有载调压配电变压器,其容量为50k VA,使之带不同性质负荷进行试验,最终解决了样机调压可靠性问题,并达到了稳压目的。然而,变压器高压侧绕组如果发生单相接地故障,位于高压侧的反并联晶闸管和低压侧的控制系统间将承受较大的高压侧相电压。当前所使用的位于接口处的电源变压器及光电耦合器的绝缘效果无法满足该耐压要求。光纤具有良好绝缘效果,在晶闸管的触发问题上具有一定的应用价值与发展潜力。本文所进行的基于光纤触发的无触点有载自动调压技术的研究就是利用光纤触发技术以彻底解决变压器高低压侧绝缘问题。调压系统以STC89C52RC单片机为控制中心,将采集处理后所得的低压侧相电压与设定的额定值作比较,根据需要发出控制信号经光纤传送给高压侧的触发电路以完成分接开关的切换,起到有载自动调压的作用,稳定变压器输出电压。本文以高耐压的反并联晶闸管为分接开关,设计了四种主接线方案。通过方案的选择比较,最终确定了全电力电子式主电路设计,该设计采用光纤触发反并联晶闸管及光纤触发双向晶闸管启动机构,不仅解决了变压器高低压侧间电气隔离问题,同时也克服了机械触点固有缺陷。通过分析变压器不平衡运行时高压侧各相电压偏移中性点程度,同时根据实际需要,确定了晶闸管的型号,并设计了RC缓冲保护电路。光纤采用了配套的HFBR-1521型发送器、HFBR-2521接收器。本文设计了反并联晶闸管光纤触发电路,同时设计了基于光纤触发的启动电路。通过光纤进行控制信号的传输,保证了变压器高低压侧的良好电气隔离效果。触发电路与启动电路可靠运行的重难点在于高压直流电源的获取。本设计利用加在处于截止状态下的分接开关的交流电压进行整流滤波稳压得到所需直流电源。根据运行原理,针对电子元器件进行了选型及参数设置,并通过实验验证。在控制单元上,从硬件系统与软件系统入手,分别在原有基础上加于改进,以配合光纤触发信号。由于启动机构与触发电路在给与光信号的情况下动作恰好相反,故在分接开关转换子程序中加以修改,以使反并联晶闸管与双向晶闸管正确动作,完成启动与调压的过程。在实验室模拟试实验中,先后进行了反并联晶闸管光纤触发实验、光纤触发启动实验及整体实验,结果表明基于光纤触发的无触点有载自动调压装置能够实现基本调压功能,并且解决了配电变压器高低压侧电气隔离问题,这对于现今全电力电子型有载调压变压器推广使用具有重要意义。

关键词：无触点有载调压变压器反并联晶闸管光纤触发启动机构

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基于CAN总线调功控制的电路设计

电子科学技术 2016年第3期3卷 237-239页

作者：宋国清鲁广彬郭丽关慧军齐齐哈尔高等师范专科学校黑龙江齐齐哈尔161000 齐齐哈尔齐力达电子公司黑龙江齐齐哈尔161000

调功在现代工业生产中存在大量需求,本文对调功的硬件电路进行了详细的设计,总体上介绍了一种调功方法。针对CAN总线由最初在汽车通信应用领域,快速扩展到工业应用的现状,在设计中为调功控制增添了CAN总线控制接口,提高了调功控制适应性... 详细信息

调功在现代工业生产中存在大量需求,本文对调功的硬件电路进行了详细的设计,总体上介绍了一种调功方法。针对CAN总线由最初在汽车通信应用领域,快速扩展到工业应用的现状,在设计中为调功控制增添了CAN总线控制接口,提高了调功控制适应性,应用该方法易于对调功进行级联控制。

关键词： CAN总线调功电路反并联晶闸管