用三维有限元法计算分裂式变压器短路阻抗

为准确计算出分裂变压器高、低压绕组间的短路阻抗,首先采用ANSYS的三维静态磁标势法数值计算得出高压多并联支路与单个低压绕组间的多绕组电感矩阵,并依据电路理论将其简化为等效双绕组电感矩阵,进而得到短路阻抗百分比,并推导了高压各并联支路电流分配,最后给出一个概念设计的分裂式高温超导变压器算例。计算结果表明,低压各分裂绕组分别单独运行时,高压绕组的各并联支路电流分配不均,主要集中在与运行的低压分裂绕组紧耦合的高压支路中,故高压绕组与低压各分裂绕组间的短路阻抗主要由紧耦合的高压支路与低压分裂绕组间的漏磁路决定。     

一种改进型并联混合有源电力滤波器及其控制

针对并联混合型有源电力滤波器谐波电流注入支路中存在阻塞谐波电流注入的阻抗问题,提出一种改进注入支路的并联混合型有源电力滤波器,使谐波注入支路上不存在影响补偿谐波电流注入电网的阻抗。根据该新型电路结构,通过分析谐波补偿和基波有功电流控制的原理,得出有源部分逆变器输出电压目标值的计算公式,并提出一种新的定频滞环电压控制方法用于控制逆变器输出电压,从而间接地实现了谐波补偿电流和直流侧电容电压的精确控制。最后,通过PSIM仿真实验和物理装置模拟实验验证本文所提新型注入支路和定频滞环控制方法的可行性和有效性。     

基于组合式场路耦合法的多绕组变压器建模与阻抗参数设计

为解决低励磁阻抗多绕组变压器建模、多绕组变压器复合短路阻抗及多并联支路间电流分配计算的问题,基于组合式场路耦合分析,给出一种高效、通用的多绕组变压器建模和阻抗参数设计方法。根据初步设计的变压器结构,采用磁场能量法,二次开发出基于ANSYS参数化设计语言(ANSYS parametric design language,APDL)的三维静态磁场专用分析程序,计算出多绕组电感矩阵,并以此为依据构建多绕组变压器的线性仿真模型,进行相关仿真研究。通过仿真结果反馈的信息适当修改变压器结构以满足要求。实验结果表明,所提方法能够准确计算出多并联支路间电流分配,各种短路工况下复合短路阻抗计算结果可满足工程实践的需要。     

封装寄生参数对并联IGBT芯片瞬态电流分布的影响规律

大功率IGBT器件通过并联多个IGBT芯片来获得大电流等级,并联芯片动静态电流分布的一致性对于提高器件电流等级以及可靠性至关重要。首先介绍了大功率IGBT模块内部布局不一致导致的封装寄生参数差异性。其次,结合IGBT等效电路模型及其开关特性,分析了寄生参数差异性对于并联IGBT芯片瞬态电流分布特性的影响规律。最后,建立了并联IGBT芯片的等效电路模型,并应用Synopsys Saber软件建立了仿真电路,从封装寄生电感参数差异性、封装寄生电阻参数差异性,分析了参数差异对并联芯片的瞬态电流分布特性的影响。     

基于耦合电感的SiC MOSFET并联主动均流

为了适应大功率变流的应用场景,多SiC MOSFET并联是一种有效的解决方案,在电动汽车电机控制器等电力电子系统中,具有广泛的应用前景。然而,SiC MOSFET器件的静态参数具有分散性,功率回路的寄生参数具有不对称性,以及器件的工作结温存在差异性,都导致并联器件之间的电流应力会出现不均衡现象。就此给出了一种基于耦合电感的主动均流方法,将多个共用磁芯的耦合线圈串联接入各个器件支路,利用磁通约束,实现各支路的电流平衡。在建立数学模型的基础上,从器件参数、外围电路、结温三个方面,分析了并联器件静态和动态电流不均衡的现象,及其影响因素。然后,建立了耦合电感的数学模型,得到了耦合电感实现静态和动态均流的数学物理机理,并给出了其设计方法。最后,利用实验结果验证了耦合电感在SiC MOSFET并联均流方面的有效性,将电流不平衡度从16%降低到2%以内。     

大电流开关电器并联支路中的电流分配

大电流开关电器的并联支路中存在电流分配不均匀性.直流电流时,其不均匀程度取决于各并联支路中电阻的差异;交流电流时,则主要取决于并联支路中电抗的差异,支路附近导体中电流产生的互感,也即邻近效应使并联支路构成的回路中生成环流,是致使电流分配不均匀的主要原因.对电流分配不均匀性和一些测试数据进行了分析,并提出在设计和使用具有并联支路的大电流开关电器时,为使电流分配更趋均匀应注意的问题.     

适用于高压大容量工况的新型并联有源滤波器

提出一种基于谐波磁通补偿原理的新型并联型高压大容量有源电力滤波器.通过对带气隙的线性并联变压器的电压方程分析可知,当满足谐波磁通补偿条件时,可使变压器支路在有源滤波器投入后对谐波呈近似为0的低阻抗、对基波呈高阻抗,从而疏导电力系统中的谐波电流.新滤波器的谐波电流检测位置位于并联变压器支路上,检测电流与反馈电流共铁心.并联变压器的二次侧采用多个补偿绕组的结构以解决有源滤波器的大容量问题.仿真和实验结果证明了该方案可以取得良好的滤波效果.     

复杂阻抗分布时多APF并联谐振分析和抑制

此处主要对弱电网下考虑电网阻抗和设备间线路阻抗时并联有源电力滤波器(APF)系统进行研究。当仅考虑电网阻抗时,并联APF系统中每个APF系统均采用电容串联电阻的无源阻尼,系统稳定运行。但由于设备间存在线路阻抗,并联系统中APF通过公共节点电压相互耦合,易产生谐振。由此建立APF多机并联模型,结合公共耦合点矩阵方程,对系统谐振问题进行分析。通过分析,当考虑电网阻抗和设备间线路阻抗时,仅采用无源阻尼的APF系统不再稳定,即使引入基于电容电流的有源阻尼,也不能消除APF的谐振,且设备的公共耦合点周围阻抗越复杂,谐振现象越严重。为此,在此引入基于公共耦合点电压前馈的有源阻尼,针对该矩阵提出的有源阻尼模型,得到不同电网阻抗时系统的幅频特性曲线,可知该方法能够有效抑制并联产生的谐振。最后通过搭建仿真和实验平台,验证上述理论分析的正确性和抑制策略有效性。     

非晶合金牵引整流干式变压器漏磁场分析和短路阻抗计算

本文中作者利用三维有限元场-路耦合法,对变压器几种不同的运行工况下的短路阻抗、各并联支路电流分布进行了计算与验证分析。     

多芯片并联压接式IGBT中温度不均对电流分布的影响

多芯片并联的压接式IGBT器件是柔性直流输电设备中的关键部件,因制造工艺、回路寄生参数和热耦合问题使得器件内部应力分布不均,造成器件不均匀老化,使得内部温度不均程度加剧,进而使得电流分配不均。围绕不同温度差异下导致的电流分布不均问题展开研究。首先,对造成IGBT器件并联不均流的原因以及温度对不均流特性的作用进行分析。然后,利用单芯片压接式IGBT器件并联模拟多芯片器件内部的温度分布不均情况,进行温度分布不均匀程度对电流分配影响的实验。最后,通过实验验证并联器件间温度差异与不均流程度的关系。所提方法为提高器件的运行可靠性和对压接式IGBT失效机理认知奠定基础。     

多芯片并联压接式IGBT中温度不均对电流分布的影响

多芯片并联的压接式IGBT器件是柔性直流输电设备中的关键部件,因制造工艺、回路寄生参数和热耦合问题使得器件内部应力分布不均,造成器件不均匀老化,使得内部温度不均程度加剧,进而使得电流分配不均。围绕不同温度差异下导致的电流分布不均问题展开研究。首先,对造成IGBT器件并联不均流的原因以及温度对不均流特性的作用进行分析。然后,利用单芯片压接式IGBT器件并联模拟多芯片器件内部的温度分布不均情况,进行温度分布不均匀程度对电流分配影响的实验。最后,通过实验验证并联器件间温度差异与不均流程度的关系。所提方法为提高器件的运行可靠性和对压接式IGBT失效机理认知奠定基础。     

基于复合型虚拟阻抗与自适应下垂控制的并联逆变器功率均分策略

对于因线路阻抗的不同而引起的并联逆变器输出无功功率不能实现精确均分的问题,提出了一种基于虚拟阻抗法的改进自适应下垂控制技术。此方法采用了一种新型的复合型虚拟阻抗,增加了下垂控制微调补偿和自适应下垂控制系数两个环节。通过引入此虚拟阻抗,不仅可以消除各支路阻性阻抗的影响,也能使得各支路阻抗感性成分达到近似相同,从而减小并联支路之间的阻抗差异。同时,改进的下垂环节可以进一步降低并联逆变器之间的无功误差。最后,仿真结果验证了此方法可实现快速和稳定的无功功率均分,减小了环流,提升了对无功功率均分的精确度,提高了系统的动态响应速度,使得并联逆变器稳定运行。     

多并联支路型可控电抗器短路电抗对支路电抗和电流的影响

短路电抗对支路电抗和电流的影响是造成多并联支路型可控电抗器(Controllable Reactor of Multi-parallel Branch Type,CRMB)支路电抗和电流额定值的选取困难、以及设备利用率下降的重要原因。根据CRMB各支路晶闸管依次导通和关断的工作特点,采用递推算法求得了CRMB支路电抗和电流的计算公式。对这些计算公式的函数分析和算例分析后指出,支路电抗随着短路电抗的增大而减小;支路电流额定值随着短路阻抗的增大而增大,而其支路电流额定值利用率最小值随着短路电抗的增大而减小;为了提高CRMB设备利用率,CRMB短路电抗应小于一个由电流额定值利用率的最小值、CRMB支路容量递增系数和支路数决定的最大值,由此可以选取短路电抗、支路电抗和电流的设计额定值。研究结论可为CRMB的工程设计和变压器式可控电抗器的研究提供理论参考。     

支路潮流越限控制的虚拟支路法

为解决支路潮流越限问题,提出了支路潮流越限控制的虚拟支路法。通过对潮流越限支路并联虚拟支路法,使原潮流越限支路的电流降低到目标电流水平。虚拟支路导纳参数由目标分流系数、潮流越限支路导纳及戴维南等效阻抗共同确定。基于置换定理,将虚拟支路用含参数的虚拟功率源置换,将虚拟支路的切除问题转化为虚拟支路两端点注入功率的增长问题。根据支路视在功率对节点功率的灵敏度,逐步计算最小代价的控制方案。IEEE算例仿真显示该方法可将越限支路电流降低到目标电流水平,验证了其可行性和有效性。     

一种无需高带宽通信线路的高精度自主均流控制策略

直流微电网并联系统多采用下垂控制实现功率分配,但线路阻抗的存在会降低其分配精度,传统均流策略基于高带宽通信网络采集电压或电流信息实现功率补偿,制造成本偏高、可靠性较低,同时通信线路存在通信延时,会对均流效果产生影响.为实现直流微电网并联系统变换器输出功率自主均分控制,提出一种无高带宽通信线路的直流微电网并联光储变换器均流策略.该策略通过分析恒压运行模式与下垂运行模式下,线路阻抗对并联变换器功率分配特性的影响规律,设计虚拟阻抗补偿环节,根据变换器自身输出电气特性,对变换器输出功率进行调节,实现输出功率的自主均分.仿真和实验结果表明,所提控制策略能够提高并联变换器的功率自主分配精度.     

外部汇流母排对压接型IGBT器件内部多芯片并联均流特性的影响

压接型IGBT器件内部芯片之间的动态均流特性直接影响着IGBT器件的坚固性与可靠性。考虑到并联均流实验的困难,现有的压接型IGBT芯片级并联均流研究通常都是通过提取器件内部封装结构的寄生参数,并结合IGBT芯片的等效电路模型,在电路仿真环境中开展的,不考虑器件外部电磁条件对器件内部电流分布的影响。然而,该文通过9枚压接型IGBT芯片的并联均流实验发现,各个通流支路之间存在显著的动态电流不均衡,而且电流的分布特性不仅与内部并联芯片的相对位置有关,还与连接器件的外部汇流母排存在明显的关联。为了揭示器件内部电流分布特性与外部汇流母排之间的耦合关系,该文对被测器件与外部汇流母排进行三维有限元建模,从频域和时域2个方面,计算IGBT器件内部的电磁场分布特性。频域计算表明,由于外部汇流母排与内部并联芯片存在磁场耦合(即电感耦合),当频率超过一定数值后,外部汇流母排会对各个通流支路的电流产生显著影响。时域计算进一步再现了并联均流实验中外部汇流母排对各个通流支路上动态电流分布的影响规律。结果表明,在压接型IGBT器件的设计和应用中,不仅需要关注器件内部芯片间的相对位置对动态均流特性的影响,同时也要关注外部汇流母排引入的电磁不对称性。最后提出一种对称化的母排设计方案,并通过三维有限元计算,证实对称化母排设计可明显改善器件内部的动态均流特性。     

应用HCSR和并联灭弧室提高气体断路器开断能力的研究

高耦合电抗器(HCSR)辅助开断并联灭弧室是解决大电流故障开断的一种有效方法。由于SF_6电弧自身的负伏安特性会影响并联支路电流的同时过零,增加了开断并联SF_6电弧支路的难度,限制了其在高电压领域的应用。结合高耦合电抗器辅助并联支路开断的设计思想,首先利用40.5 kV断路器两柱相同灭弧室,进行了小电流条件下,SF_6电弧并联支路开断的试验研究,重点分析了开断电流大小、燃弧时间长短与均流、限流开断特性间的关系。其次,针对80 kA大电流条件下的并联支路开断特性,进行了单分试验的初步研究和验证。结果表明,在开断小电流、耦合电抗器设计参数不变的情况下,开断的短路电流越小,两柱并联的灭弧室越易实现同步均流开断,随着开断电流的增加,均流开断区间向燃弧时间较长的方向偏移;在开断80 kA大电流时,合理地设计电抗器参数,能够实现并联支路的均流开断,但较难完全避免并联支路限流开断的出现。两轮试验均表明首开支路熄弧后,断口两端的电压瞬间叠加电抗器单臂电感的压降而发生突变,并引起波形振荡,耦合电抗器单臂电感会对线路总电流产生一定的限流作用。     

针对大量接地支路电网形成节点阻抗矩阵的改进算法

在大型实际电力网络中,为了能够有效处理支路间存在的互感和网络中大量的接地支路,提出了利用过渡矩阵形成节点阻抗矩阵的算法。该算法以电路基本理论为基础,分别形成了三个过渡矩阵：节点电压对支路电压矩阵MVU、节点电压对支路电流矩阵MVI和支路电流对节点注入电流矩阵MIJ;并将接地支路等效为节点注入电流后修正相应的过渡矩阵,形成扩展的节点电压对节点注入电流矩阵MVJ0;利用kron法对分块的MVJ0进行消去运算,进而得出节点阻抗矩阵ZM。结合算例给出了算法的主体流程,验证和比较分析了所提算法的有效性和高效性。该方法为利用节点阻抗矩阵开展下一步研究工作提供了一个新的分析工具。     

基于阻抗重塑的多并网逆变器并联系统谐振抑制方法研究

多并网逆变器并联系统存在并联谐振问题,且会受到电网阻抗和并联逆变器台数影响导致并联谐振频率点偏移,给该并联系统的控制及稳定运行带来一定的难度。建立了多并网逆变器并联系统的阻抗模型,并根据阻抗重塑原理,采用基于虚拟阻抗的全局谐振抑制方法,通过在公共连接点并联额外的电力电子装置,实时检测公共连接点处谐波电压,采用基于变换器侧电流反馈控制策略,产生一定大小且和谐振频率相关的虚拟阻抗,实现对电网阻抗的重塑以抑制并联系统的谐振。该方法在不改变各个逆变器原有控制策略的情况下,既可以抑制并联谐振,又可以提高整个系统的稳定性。最后,通过仿真验证所研究全局谐振抑制方法的正确性与可行性。     

针对大量接地支路电网形成节点阻抗矩阵的改进算法

在大型实际电力网络中,为了能够有效处理支路间存在的互感和网络中大量的接地支路,提出了利用过渡矩阵形成节点阻抗矩阵的算法.该算法以电路基本理论为基础,分别形成了三个过渡矩阵:节点电压对支路电压矩阵MVU、节点电压对支路电流矩阵MVI和支路电流对节点注入电流矩阵MIJ;并将接地支路等效为节点注入电流后修正相应的过渡矩阵,形成扩展的节点电压对节点注入电流矩阵MVJ0;利用kron法对分块的MVJ0进行消去运算,进而得出节点阻抗矩阵ZM.结合算例给出了算法的主体流程,验证和比较分析了所提算法的有效性和高效性.该方法为利用节点阻抗矩阵开展下一步研究工作提供了一个新的分析工具.