基于Crowbar的双馈风力发电机LVRT仿真分析与实验研究

要保证双馈电机具有低电压穿越能力,关键是要限制转子过电流和直流母线过电压。提出了采用转子侧Crowbar保护电路和直流侧卸荷保护电路协调配合的保护方案。用转子侧保护电路来抑制转子过电流,直流侧卸荷保护电路来维持直流母线电压恒定。在此基础上用MATLAB/Simulink软件搭建了仿真模型,并从理论仿真和现场实验测试2个方面对该方法进行验证,仿真与实验结果表明,该方案可以提高DFIG低电压穿越能力。     

晶闸管装置过压和过流问题的研讨

文章首先叙述晶闸管装置出现过电压的情况和相应的保护措施。过电压包括装置的交流侧与直流侧过电压,以及晶闸管换流过电压。保护措施有交流侧接入过电压吸收电路与加设接地屏蔽绕组,直流侧接入非线性电阻元件,晶闸管并联吸收元件与均压保护。然后介绍了晶闸管装置过电流的情况和相应的保护措施。过电流可以由过电压、短路以及导通角增大引起的,保护措施就是晶闸管串联快速熔断器,且保护措施在实际应用中起到了良好的效果。     

基于环流提取法的近似零电流换相低谐波双反星形整流器

变压器的漏感使得整流器的换相不能瞬时完成,在低压大电流场合会对整流器的输入输出特性产生较严重的影响。给出了能有效抑制输入电流谐波并消除换相压降时所需提取的直流侧环流类型,在此基础上分析了直流侧环流对换相过程的改善机理,发现了提取的环流产生的二次换相,建立了二次换相模式下,整流器的换相重叠角、换相压降及输入电流谐波与电路参数之间的关系表达式,分析结果表明提取的直流侧环流不仅能显著减小输入电流谐波和换相重叠角,而且使整流器工作于近似零电流换相状态,得到了一种近似零电流换相的低谐波整流器。研制了一台额定功率为1.1 kW的实验系统,实验结果验证了理论分析的正确性及其在大电流场合的应用价值。     

基于MMC的D-STATCOM直流侧电压控制策略研究

针对模块化多电平换流器(MMC)子模块单元器件参数差异、并联损耗等原因导致的配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)直流侧电压不稳定问题,提出一种直流侧电压分层控制方法.通过电路的等效变换,建立基于MMC拓扑的D-STATCOM装置补偿电流和环流的数学模型,同时采用准比例谐振(PR)控制策略实现对指令补偿电流的跟踪和2倍频环流分量的抑制.通过对MMC模块整体、相间及各个单元分别控制,进而实现对直流电压的全局控制.最后,通过相关仿真和实验验证所提电流、电压控制策略的有效性.     

三相三线制模块化多电平换流器的对称稳态分析及解耦控制

通过对三相三线制模块化多电平换流器(MMC)进行数学建模,得到其网侧电流、环流、直流侧中点电位3个关键电气参量与桥臂电压不同分量之间的对应关系,并在对称稳态下分析了上述电气量所包含的谐波特征分量,提出了MMC网侧电流、环流交流分量和直流侧中点电位的解耦控制方法。仿真结果表明,提出的控制方法简单有效,可实现对网侧电流、环流交流分量和直流侧中点电位的解耦控制;各桥臂电气量保持对称,MMC可保持长期平稳运行。     

可控硅交流调压整流输出残压的分析及消除

为消除传统交流调压电路用低杂波电流驱动 (LHCD)电源时高达数kV的直流残压 ,分析了可控硅交流调压器的等效电路 ,该结果表明残压产生的原因是变压器励磁电感和可控硅过压保护电容形成了谐振电路。在此基础上提出了一种新型可控硅换相过压保护接线法 ,分析表明该法既可防止可控硅过电压和过大的du/dt,又可有效消除直流侧残压 ,大大提高了LHCD装置运行的安全性。     

计及直流侧大电感的MMC建模与控制

在直流侧串联限流电抗器的模块化多电平换流器高压直流输电系统中,对于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)其直流侧存在一个等效大电感,传统的控制策略不能满足暂态过程中MMC直流侧电流和子模块电容电压的动态需求。针对这个问题,文章提出一种MMC内外部电流解耦控制和子模块电容能量分层平衡控制的新型控制策略。该方法将MMC桥臂电流分解成直流侧电流、交流侧电流和相间环流,实现MMC内外部电流的解耦独立控制,通过控制MMC的直流侧电流、相间环流的直流分量和正负序基频分量完成对子模块电容能量的分层平衡控制。在Matlab/Simulink仿真软件中构建计及直流侧大电感的MMC仿真模型,并进行验证。仿真结果表明,当MMC直流侧包含大电感时,所提改进建模和控制方法能显著提高其直流侧电流和子模块电容能量的暂态性能。     

基于辅助电路的MMC-HVDC直流故障处理策略

直流线路故障是基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)系统必须解决的关键问题。文中提出一种基于辅助电路的直流故障处理策略,即双向晶闸管与开关型零损耗限流装置相配合的保护方案。首先分析了直流故障电流自然衰减的直流保护原理及现有方案的缺陷,进而提出采用双向晶闸管代替背靠背晶闸管集中配置在交流侧的方法来简化其控制回路;通过与开关型零损耗限流装置相配合,并对限流电抗器进行合理设计,能够使保护在不增加运行损耗的同时具有快速抑制短路电流的能力,降低清除直流故障时对交流系统长时间的冲击。此外,进一步提出相应的故障检测及恢复策略。最后,基于PSCAD仿真平台验证了所述保护方案的有效性。     

中压应用场景下模块化多电平换流器直流侧谐波等值电路建模研究

本文首先建立了模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的时域平均模型.接着,为获取中压应用场景下MMC平均开关函数的谐波特性,建立了平均开关函数的动态相量模型.基于MMC的时域平均模型和平均开关函数动态相量模型,推导得到MMC的直流侧谐波等值电路.等值电路由直流侧等效谐波电流源和等效谐波阻抗组成,其中等效谐波电流源不仅能反映MMC交流侧谐波电流对直流侧谐波电流的传递作用,还能反映直流侧特征谐波电流特性.最后,基于Matlab/Simulink仿真模型验证了MMC直流侧等值电路的正确性.     

适用于直流融冰装置的基频保护

直流融冰装置换流阀发生丢脉冲故障时,换流阀直流侧电流中会含有基频分量,当基频分量大于电流定值时,基频保护(国内又称50 Hz保护)动作;同杆并架交流线路正常运行时会在融冰线路中感应出交流电流,可能引起50 Hz保护误动。通过理论分析与仿真计算,得出区分引起50 Hz保护动作的这2种原因的方法:当换流阀发生丢脉冲故障时,融冰装置直流侧电压、电流中的50 Hz分量同步地出现与消失;当融冰线路受到并架线路的感应影响时,融冰装置直流侧电压、电流中50 Hz的分量互斥地出现与消失。据此分别提出了基于感应特征的二定值50 Hz保护和基于故障特征法的50 Hz保护。新的保护方法可以防止并架线路感应引起的50 Hz保护误动,并且提高50 Hz保护的灵敏度。     

一种新型微机直流操作回路接地检测和短路保护装置的研制

直流操作回路在运行过程中由于接地点的难以准确定位和缺乏有效的直流短路保护等原因，导致有时发生电力主设备损坏的重大事故。因此，对直流操作回路接地点的准确定位和短路保护装置的研制具有重大现实意义。作者首次交流系统三段式电流保护的概念及逻辑判据应用于直流操作回路，构成了三段式直流短路保护，同时提出了以霍尔电桥检测直流操作回路接地故障的新方法，并根据其原理研制了相应的装置。数值仿真和模拟试验表明本文方法能克服直流操作回路分布电容电流的影响，准确检测出直流操作回路接地故障，并能准确地快速地识别并切除直流操作回路的短路故障。     

直流系统短路故障的快速识别与短路保护

提出了利用霍尔传感器测量直流系统回路电流、母线电压，以电流、电压综合判据快速识别直流系统短路故障的方法。采用可控直流断路器替代传统的熔断器法，将交流系统三段式微机电流保护原理应用于直流系统的短路保护，设计了辐射式I，Ⅱ，Ⅲ段直流供电回路，同时为防止在切除故障支路时因Ⅱ，Ⅲ段开关同时拒动，而由I段开关切除故障引起的其他供电支路电源消失问题，对Ⅲ段直流供电回路采用了备用开关自投方案，并研制了直流系统三段式微机电流保护装置。分析了该装置的选择性、灵敏性、速动性和可靠性。通过对样机的仿真实验和现场运行，表明了该原理与方法的有效性和实用性。     

电动车无刷直流电动机驱动电路及其速度控制

结合西安微电机研究所为电动轨道车变速驱动设计的三相无刷直流电动机及其控制装置,介绍一种电流为半正弦波方式的驱动电路及由线路实现的电机速度检测。采用乘法器原理将换相逻辑、电流波形和速度环控制的电流幅值等信息综合,实现由ＭＯＳ等ＰＷＭ调制、速度闭环和电流滞环控制的无刷直流电动机驱动电路。该电路结构简单、成本低廉,实用于一般要求的变速驱动。     

双馈风电机组低电压穿越综合控制策略研究

针对双馈风电机组(DFIG)低电压穿越问题,为克服传统撬棒(Crowbar)电路保护的不足,以抑制故障期间转子电流并兼顾防止直流母线过电压为目的,提出一种“电阻串联电容撬棒保护电路+直流卸荷(Chopper)电路”的综合控制策略。建立在转子侧Crowbar电路电阻串联电容,在直流母线侧加入Chopper电路的改进双馈机组模型,给出Crowbar电路电阻值及串联的电容值的取值方法,并对其控制策略进行分析。在Matlab/Simulink仿真平台上搭建系统模型进行仿真验证,结果表明该低电压综合穿越策略能够有效提升双馈风电机组低电压穿越能力。     

一种具有限流能力的新型混合式高压直流断路器拓扑

受到高压直流断路器开断容量以及关断时间的限制,直流电网面临故障抑制与清除的难题。提出了一种具有限流能力的混合式高压直流断路器拓扑,通过在电流转移回路中引入限流装置,达到有效抑制故障电流目的。分析了该断路器的拓扑结构、工作原理,并给出了断路器关键参数的计算方法,最后,针对三端柔性直流输电系统应用,在PSCAD/EMTDC平台进行仿真验证。仿真结果表明相较于其他方案,该断路器在系统正常运行情况下的通态损耗小、动态特性好,出现故障时能够快速切除故障电流,满足多端柔性直流输电系统对故障电流的抑制要求。     

基于直流侧电流检测的ASVG主回路故障诊断

由电力电子器件构成的ASVG主回路,是系统容易发生故障的薄弱环节,且发生开路故障不易被察觉。本文利用开关函数傅里叶分析主回路在正常、单管开路和同相两管开路时直流侧电流的频谱变化,对故障状态进行分类。再通过三相输出电流的平均值进行故障管定位。用MATLAB仿真验证了理论分析的正确性和该方法的有效性。     

无弧限流式混合断路器

本文介绍一种名为混合限流式断路器（Ｈ－ＣＬＩＤ）的简化的直流／交流混合断路器。当主触头处于闭合位置时其两端的电压与机械式断路器为同一数量级,然而限流能力和电流分断能力却几乎与强迫换流的无触点晶闸管断路器相同。和可实现接通和分断功能的混合断路器相比,Ｈ－ＣＬＩＤ的设计却简化多了。在Ｈ－ＣＬＩＤ中使用了可更换触头,这样Ｈ－ＣＬＩＤ又相当于一个熔断器。开发了两个Ｈ－ＣＬＩＤ模型,一个为物理模型,其额定参     

基于新型柔性故障限流器的多端直流配电网故障隔离策略

针对多端直流系统故障电流峰值高、上升速度快以及无法保证非故障区域供电可靠性的问题,提出一种适用于中高压配电网的级联式新型柔性故障限流器与机械式直流断路器协同作用的故障隔离策略。首先通过微分欠压保护触发柔性故障限流器,实现极间电压箝位效果,抑制故障电流,提高直流系统故障隔离后的动态恢复特性。其次依据直流断路器的分断速度,实现故障限流器动作时间的灵活设置。利用断路器方向纵联保护信号保证故障区域换流站侧故障限流器的持续作用,直至直流断路器动作隔离故障。该策略还可避免换流站闭锁,降低断路器分断速度与开断容量要求,延长断路器使用寿命,提高系统供电可靠性。最后,在MATLAB/Simulink中搭建四端中压配电网模型,并通过仿真验证故障限流器的效果以及所提策略的可行性。     

基于变频保护功能的单片DC/DC变换芯片

设计并推出了一种具有变频保护功能的降压型单片DC／DC开关电源芯片。该芯片具有独特的过热、限流和短路保护功能，只需外接3只元件就可构成一个高性能的DC／DC开关电源。芯片的限流和短路保护功能分为两级：一级为降压限流，二级为降频截流。当输出短路时．占空比和工作频率同时变小．大大减小了短路电流和短路损耗，保证了用户系统的安全。当芯片工作温度过高时，芯片的过热保护电路将关断功率开关管，确保芯片安全可靠工作。仿真和应用实例证明了该芯片的可行性。     

基于控保协同的环形直流微网单端测距保护技术

目前,直流微网的保护方案大都依赖于线路两端直流断路器的快速开断能力与通信设备的可靠性,然而现阶段直流断路器成本高昂,且线路两端通信将会大大增加直流微网的建设运行成本。基于以上背景,文中以四端环形直流微网系统为研究对象,提出了一种基于控保协同的单端测距式保护技术。该方法分为故障控制与保护实施2个阶段。在故障控制阶段,通过改变电压源型换流器(VSC)自身以及外加可控元件的主动控制策略,使直流线路故障电流为零;在保护实施阶段,基于采用主动控制后VSC直流侧输出电压的周期性(20 ms)与电力电子元件的可控性,构建VSC与故障点的唯一回路,然后基于传统RL算法即可实现单端无差故障定位,接下来会出现线路电流持续过零,在此基础上,通过快速隔离开关实现故障隔离。该方法基于控保协同思想,消除了环网系统单端故障测距中对端电流的干扰,且线路两端无需配置直流断路器,仅利用快速隔离开关与故障控制策略进行时序逻辑上的相互配合即可实现故障隔离。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建四端环形直流微网系统模型,验证了该控制和保护方案的有效性。