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一种基于耦合电感的高增益软开关谐振变换器

电工技术学报 2024年第1期39卷 194-205页

作者：王哲李驰郑泽东李永东电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学) 北京100084

该文提出了一种具有高增益、软开关的新型谐振变换器。该谐振变换器使用耦合电感来提高电压增益,升压比不仅取决于占空比,还取决于耦合电感的变比,具有高增益的优点。此外,由于采用了有源钳位技术,漏感中的能量可以被回收利用,用来对开... 详细信息

该文提出了一种具有高增益、软开关的新型谐振变换器。该谐振变换器使用耦合电感来提高电压增益,升压比不仅取决于占空比,还取决于耦合电感的变比,具有高增益的优点。此外,由于采用了有源钳位技术,漏感中的能量可以被回收利用,用来对开关管的结电容充放电提供能量,从而实现软开关。由于采用了耦合电感,所提出的变换器可以在较低的开关管电压应力的情况下实现较高的输出电压,因此可以使用低导通电阻的低压器件,从而提升系统的效率。该文分析了该谐振变换器的工作原理,并推导了输出电压、关断电流应力等参数的解析表达式。在此基础上,从理论上分析了该变换器取得软开关的条件,并对该变换器的各个器件的电压电流应力进行分析,为器件选型提供了理论依据。最后,搭建1kW实验样机,针对该文提出的基于耦合电感的谐振变换器的高增益、软开关、低电压应力、高效率等性能进行了实验验证。通过实验得出所提出的拓扑可以在10倍增益的情况下达到最高97.5%的效率,表明所提拓扑的优越性。

关键词：耦合电感谐振变换器高增益软开关

考虑中频变压器非理想几何结构的通用漏感解析模型

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电力自动化设备 2024年第2期44卷 211-217页

作者：郭轩郑泽东李驰清华大学电力系统及大型发电设备安全控制与仿真国家重点实验室北京100084

中频变压器非理想几何结构引起的畸变磁场对漏感解析计算精度有较大影响,进而影响变压器设计及变换器运行特性和效率特性。首先针对副边绕组为非理想几何结构的漏感解析计算问题,基于叠加定理和洛氏高度等效方法,将传统只考虑纵向漏磁... 详细信息

中频变压器非理想几何结构引起的畸变磁场对漏感解析计算精度有较大影响,进而影响变压器设计及变换器运行特性和效率特性。首先针对副边绕组为非理想几何结构的漏感解析计算问题,基于叠加定理和洛氏高度等效方法,将传统只考虑纵向漏磁场的一维模型,改进为综合考虑纵向和横向漏磁场的二维模型,显著提升计算精度,并依据此模型提出一种通用漏感优化方法。进一步,针对原副边均为非理想几何结构情况,引入洛氏叠加区域,将原副边非正交且耦合的横向漏磁场能量考虑在内,提出一种计及中频变压器非理想几何因素的通用解析模型,计算误差在7.5%以下。仿真和实验验证了模型的准确性和通用性。

关键词：中频变压器非理想几何结构漏感解析模型

综合考虑材料热各向异性与多种传热方式的磁性元件热阻网络精准模型

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电工技术学报 2024年第6期39卷 1806-1817页

作者：郭轩肖云昊李驰郑泽东电力系统及大型发电设备安全控制与仿真国家重点实验室(清华大学) 北京100084

磁性元件正在向高频化、小型化、高功率密度的方向发展,随着功率密度的提高,散热已成为影响器件可靠运行的关键因素,因此对磁性元件的热分析提出更高的要求。传统的热分析模型存在运算时间长、传热方式单一等问题,该文引入已有研究中提... 详细信息

磁性元件正在向高频化、小型化、高功率密度的方向发展,随着功率密度的提高,散热已成为影响器件可靠运行的关键因素,因此对磁性元件的热分析提出更高的要求。传统的热分析模型存在运算时间长、传热方式单一等问题,该文引入已有研究中提出的三轴九热阻网络模型,在此基础上添加热对流与热辐射两种传热方式,综合考虑材料热各向异性与热传导、热对流、热辐射。并通过精细划分元件温度计算子区域、实际器件损耗场分析、热电耦合迭代提高模型的计算精度,提出一种更加完善的三轴十五热阻网络模型,基于该模型对实际磁性器件建模,验证了该模型的准确性,并于最后提出一种通用的针对EE、EI、UU等典型磁心构成的磁性元件的热阻网络建模方法。

关键词：磁性元件材料热各向异性多种传热方式实际损耗分布集总参数热阻网络

具备内部故障仿真能力的永磁同步发电机电磁暂态建模与仿真方法

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电力自动化设备 2024年第4期44卷 151-157页

作者：邹明许建中赵成勇华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206

对永磁同步发电机(PMSG)内部定子绕组故障的精确建模与仿真有助于设计有效的状态检测系统和控制保护策略。首先对PMSG内部故障特征进行分析和详细的数学推导,给出了适合电磁暂态(EMT)建模的状态空间形式的动态方程。进而提出了一种PMSG... 详细信息

对永磁同步发电机(PMSG)内部定子绕组故障的精确建模与仿真有助于设计有效的状态检测系统和控制保护策略。首先对PMSG内部故障特征进行分析和详细的数学推导,给出了适合电磁暂态(EMT)建模的状态空间形式的动态方程。进而提出了一种PMSG内部故障EMT建模与仿真方法,并推导出其等效电路。利用MATLAB对推导出的方程进行了数值计算迭代求解,并在PSCAD/EMTDC中搭建了PMSG测试模型,与数值计算结果进行分析和对比验证。分析结果表明,PMSG内部故障会在短路路径中产生较大的循环故障电流,但是从发电机外部特性很难判断是否发生内部故障。对比验证结果表明,所建立PMSG内部故障EMT模型可准确反映内部故障特征,验证了所提建模方法的正确性。

关键词：永磁同步发电机定子绕组内部故障数值计算电磁暂态等效模型

非晶合金-取向硅钢组合铁心结构设计及其磁-振动特性分析

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电工技术学报 2024年第10期39卷 2925-2936页

作者：陈昊李琳新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206

非晶合金和取向硅钢是制作配电变压器铁心常用的两种软磁材料,各有优劣。采用非晶合金-取向硅钢组合铁心结构可以综合两者的优势。该文以非晶合金和取向硅钢铁心并排的组合结构为基础,选取组合铁心的取向硅钢占比和尺寸参数为自由变量,... 详细信息

非晶合金和取向硅钢是制作配电变压器铁心常用的两种软磁材料,各有优劣。采用非晶合金-取向硅钢组合铁心结构可以综合两者的优势。该文以非晶合金和取向硅钢铁心并排的组合结构为基础,选取组合铁心的取向硅钢占比和尺寸参数为自由变量,提出一种基于自由参数扫描法的组合铁心结构设计方法。首先,根据非晶合金-取向硅钢组合铁心结构特点,建立组合铁心的等效双非线性磁路模型;其次,采用磁路法迭代求解组合铁心的磁通密度分布,并制定组合铁心的结构设计流程;最后,根据结构设计结果制作了组合铁心的实验模型,采用实验和有限元仿真结合的方法分析了其磁-振动特性,验证了所提设计方法的准确性,并与传统纯非晶合金和纯取向硅钢铁心进行对比分析,阐述了组合铁心的优势。

关键词：非晶合金-取向硅钢组合铁心自由参数扫描法结构设计双非线性磁路模型磁-振动特性

考虑新能源与储能参与调频的联合市场出清模型

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太阳能学报 2024年第3期45卷 367-376页

作者：王傲儿赵书强宋金历李志伟新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 保定071003

新能源渗透率的不断增加以及越来越多的储能装置并入电网,使得现行的调频市场机制已不能再适应电力系统的实际情况,基于此现状构建风、光以及独立储能装置与常规火电机组共同参与的调频辅助服务市场与电能量市场联合出清模型,模型中利... 详细信息

新能源渗透率的不断增加以及越来越多的储能装置并入电网,使得现行的调频市场机制已不能再适应电力系统的实际情况,基于此现状构建风、光以及独立储能装置与常规火电机组共同参与的调频辅助服务市场与电能量市场联合出清模型,模型中利用层次分析法(AHP)进行调频性能指标的权重优化,使得新能源与独立储能装置参与电网调频后的电力系统的调频压力减小,同时进一步提高对新能源的消纳力度。通过算例分析表明,引入高渗透率的新能源机组与独立储能装置参与调频市场不仅能减少调频性能较差的火电机组中标,减少弃风、弃光现象,也能减少运营商购买调频服务的费用支出。

关键词：风电机组储能调频层次分析法联合出清调频性能指标

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换流阀高压直流电容聚丙烯材料选型关键参数与方法

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高电压技术 2024年第6期50卷 2354-2362页

作者：冉昭玉刘雨杭孟礼李琦电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 北京100084

高压直流电容器作为海上风电柔直换流阀中功率模块的重要部件,是换流阀中国产化程度最低的核心元件。双向拉伸聚丙烯(biaxially-oriented polypropylene,BOPP)薄膜的介电与储能特性直接影响电容耐压等级和容量,目前大量依赖进口。为了... 详细信息

高压直流电容器作为海上风电柔直换流阀中功率模块的重要部件,是换流阀中国产化程度最低的核心元件。双向拉伸聚丙烯(biaxially-oriented polypropylene,BOPP)薄膜的介电与储能特性直接影响电容耐压等级和容量,目前大量依赖进口。为了应对电容器紧凑化发展的趋势及其在复杂运行工况下长期安全稳定运行的挑战,开展了聚丙烯材料选型关键参数研究。调研并选取国内外主要电容厂家现有的聚丙烯材料,结合粒料与表面材料微观结构、结晶参数、介电性能等实验测试分析,基于神经网络分析发现,影响聚丙烯材料介电储能特性的关键影响因素包括等规度、灰分、结晶参数、高温高场下介质损耗及泄漏电流,从而为换流阀高压直流电容聚丙烯材料选型提供依据。结果表明,国产超纯粒料相较于进口粒料所对应的聚丙烯薄膜关键物化参数差距较小,85℃高温下充放电效率90%对应的电场强度及储能密度基本相当,交直流叠加电场650 kV/mm以内,薄膜充放电效率维持在同一水平,因此有望应用于换流阀实际工程。

关键词：直流电容器聚丙烯选型微观结构介电储能性能

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接枝聚丙烯电缆绝缘材料的电树枝特性及机理

电工技术学报 2024年第1期39卷 88-98页

作者：张雯嘉王伟袁浩李琦何金良新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 中石化(北京)化工研究院有限公司电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系)

开发高性能的可回收聚丙烯电缆绝缘材料已成为近年来电绝缘领域的研究热点之一。该文对纯聚丙烯（PP）及甲基丙烯酸甲酯（MMA）接枝改性聚丙烯试样的电树枝引发和生长特性进行了研究。试验结果发现，相较于纯聚丙烯试样，接枝试样的电... 详细信息

开发高性能的可回收聚丙烯电缆绝缘材料已成为近年来电绝缘领域的研究热点之一。该文对纯聚丙烯（PP）及甲基丙烯酸甲酯（MMA）接枝改性聚丙烯试样的电树枝引发和生长特性进行了研究。试验结果发现，相较于纯聚丙烯试样，接枝试样的电树枝引发时间显著提高，电树枝劣化区域和生长速率明显减小。分析表明，接枝MMA单体在聚丙烯试样内部引入了大量深陷阱，并减小了球晶尺寸，有利于抑制载流子的输运行为并显著压缩了非晶区通道的空间尺度，进而改善了接枝试样的电树枝引发特性。此外，接枝试样的球晶尺寸减小使得非晶区通道更为曲折狭长，显著增加了电树枝沿着电场方向生长的阻力，进而改善了接枝试样的电树枝生长特性。随着MMA单体掺杂含量的增多，接枝试样的电树枝引发和生长特性逐渐提升。研究结果可为高性能接枝聚丙烯电缆绝缘材料的研发提供参考。

关键词：聚丙烯接枝改性电树枝可回收电缆

基于动态相量的LCC-HVDC输电系统等值技术评述

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中国电机工程学报 2024年第1期44卷 58-71,I0005页

作者：王宾何小才电力系统及大型发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学) 北京市海淀区100084

立足于逆变侧换流站受端交流母线看向送端的基于电网换相换流器的高压直流输电(high-voltagedirectcurrent basedlinecommutedconverter,LCC-HVDC)系统的单端等值,对于优化设计继电保护、安稳控制和直流控保具有重要意义。为了同时获取... 详细信息

立足于逆变侧换流站受端交流母线看向送端的基于电网换相换流器的高压直流输电(high-voltagedirectcurrent basedlinecommutedconverter,LCC-HVDC)系统的单端等值,对于优化设计继电保护、安稳控制和直流控保具有重要意义。为了同时获取计算的高精确性和实时性,动态相量模型以牺牲较低的仿真精度换取计算速度的提升,是实现LCC-HVDC输电线路双端等值的重要方式,但是用于LCCHVDC输电系统单端等值还存在难以平衡等值精度和计算速度的问题。针对该问题,该文分析了基于动态相量的LCCHVDC输电系统等值的应用价值、需求及难点,分别从等值计算模型中的提前触发角计算、换相重叠角计算、换相失败的判别及其对开关函数的影响和信号调制等4个因素评述现有研究现状及存在的问题,并提出了后续的研究建议。

关键词：高压直流输电动态相量等值计算换相失败