基于电力电子标准模块的高速智能通讯网络拓扑

目前,通用数字控制功率变换器的控制结构尚未充分利用数字通讯的优点。分布式数字控制网络结构是复杂中大功率电力电子系统集成的方向。该文从分析基本环状网络结构出发,提出了一种基于电力电子模块(PEBB)的高速智能通讯网络拓扑,其最大优点是每个通讯单元的数据发送源可以根据该单元当前状态选择。该通讯网络可大大提高数据在网络上的传输速度,减小传输延时,可更好的解决电力电子高速通讯中由环形网络本身特性所带来的同步问题,也对降低光纤通讯网络的成本起到极大促进作用。通过实验,文章最后给出了每两个从节点间数据传输延时的时间,可以得出该控制系统对于有较高开关频率要求的电力电子变换器同样适用。     

基于分布式可再生能源发电的能源互联网系统

以分布式可再生能源发电为基础,构建可以实现实时、高速、双向的电力数据读取和可再生能源接入的能源互联网系统.能源互联网系统由智能能量管理系统、分布式可再生能源、储能装置、变流装置和智能终端等组成.智能能量管理系统提供了一个可视化的操作平台,除了可以实现常规的能量管理,还可以实现可再生能源的"即插即用",并根据系统需要,自主实现孤岛运行和并网之间的切换;储能装置在改善电能质量、提高系统稳定性、电源备用和提高经济效益方面具有重大的作用,是能源互联网系统不可缺少的组成部分;电力电子变压器的应用使可再生能源发电达到电网接入要求.最后确定了控制策略、电力电子变流技术和储能技术3个能源互联网的未来主要研究方向.     

基于占空比同步的电力电子变压器低压交流端口模式切换控制

多端口电力电子变压器是面向未来智能配电网的关键设备,正示范应用于新能源发电、交直流混合电网和数据中心供电系统中。当多台电力电子变压器集群运行时,能够提供互联、共享、互补、优化的能力,但需要互联端口模式切换控制的支撑。该文依托电力电子变压器集群示范工程,提出一种基于占空比同步的交流端口模式切换控制,能够不依赖端口控制策略的同构性,而有效减小切换过程的暂态冲击。该文通过谐波线性化方法分析了并联逆变器系统阻抗特性,对切换过程中出现的振荡问题进行了分析,提出基于改进阻尼和分步同步切换策略,提高了切换过程的稳定性。在两台MA·A级电力电子变压器互联系统上,实验验证了所提控制的有效性。     

光纤传输技术在风能转换系统中的应用研究

风能发电变流系统中,IGBT模块的控制采用高速的SPWM脉冲群来完成。信号在电缆中传输时,高频信号容易受到电缆互感的影响,频率越高,这种影响带来的干扰也就越大,导致IGBT误动作,严重时会炸管子。介绍了一种基于光纤传输的IGBT驱动系统,介绍了驱动系统的原理及实现方案,给出了光纤接口电路和实验波形。实验结果表明,系统很好地解决了驱动信号相互干扰的问题,增加了系统的可靠性,有效地保证了系统的稳定运行。     

拉曼测温系统在高压开关柜监测中的应用研究

根据电力设备温度监测的特点,分析了电子类传感器在高压开关柜在线监测中存在的问题,阐明了分布式光纤拉曼测温系统在高压开关柜在线监测中的优势。介绍了分布式光纤拉曼测温系统原理及系统的组成,设计了基于拉曼分布式温度传感技术的高压开关柜监测系统以及基于电力通信网的高压开关柜监测网的组网方案。     

基于置信间隙决策的输电网络不确定性最优传输切换

最优传输切换（OTS）是一种应用较为广泛的通过改变网络拓扑结构提高输电网络灵活性的控制机制。然而,输电网络中往往存在不确定风电及负荷需求,这使得常规最优传输切换方案无法达到预期效果。为此,提出将置信间隙决策理论（CGDT）应用于寻求不确定条件下的鲁棒最优传输切换方案。该文分别采用高斯混合模型和正态分布对风电出力及负荷需求预测误差的概率分布函数进行拟合,将不确定性纳入最优传输切换,并以总发电成本最优为目标,建立了基于置信间隙决策理论的输电网络最优传输切换鲁棒优化模型。采用改进的IEEE 24节点系统进行仿真实验,结果表明,使用所提方法求取的最优传输切换方案具有较强的鲁棒性。     

基于IEC 61850的电力远动信息网络化传输的研究

随着计算机网络、通信、自动化等技术的飞速发展,电力远动系统在通信性能方面有望取得显著提升,从而为实现电力系统的协调保护与控制做出贡献.该文以最新变电站通信网络和系统系列标准IEC 61850为基础,将其面向对象的建模思想和裁减后的通信服务模型用于远动系统,同时从系统的网络拓扑、设备的信息模型和通信模型等方面进行分析和设计,建立了一种新型的、分布式变电站设备和调度中心之间的远动信息网络化传输方式.基于该模型,在广域分组交换网上采用CORBA+JAVA的模式开发了面向对象的远动信息传输试验系统,通过试验初步证明了模型的有效性以及建立基于广域网络的电力远动通信方案的可行性.     

基于1394b和POF的光电转换实现

在短距离通信领域,针对空间小、节点多、电磁干扰强等环境中信息高速无干扰传输问题,本文提出一种基于IEEE-1394b协议的高速串行光总线的实现,完成了信息传输介质为塑料光纤时,带有光电转换电路的1394b转发器的设计.该设计能够有效降低光传输系统的成本,提高可靠性及可维护性.从PC端光总线系统网络拓扑图中显示的连接,可以看出本文设计的硬件电路满足应用系统的需求.由转发器、SMI接口塑料光纤及1394b PC节点组成的光传输系统可以高速实时传输视频及音频数据.     

分布式光纤测温系统的研制

阐述了基于拉曼背向散射和光时域反射（OTDR）技术的分布式光纤测温系统的原理。系统由测温主机、测温光纤和温度解调软件组成,具有灵敏度高、可靠性好、可准确测出光纤沿线温度及信息量大的特点。试验数据表明,系统测温精度高、定位准确,在电力和其他行业得到一定应用,具有工程有效性。     

基于IEEE1394b数据光传输模块研制

IEEE1394b是一种实时性强、可靠性高、应用广泛的高速串行总线,光传输技术具有良好的抗电磁干扰能力和传输距离长的优势,基于两者优势结合本文研制基于IEEE1394b数据光传输模块,以FPGA为核心控制器,基于IEEE1394b等时传输机制,采用片上系统构建PCI总线控制器以实现IEEE1394b链路层接口控制,并完成IEEE1394b的嵌入式系统DMA驱动开发,基于PSpice电路仿真设计IEEE1394b物理层电转光匹配电路.同时,所实现的IEEE1394b映射光纤通道协议完成IEEE1394b总线与光纤通道的互连,并解决IEEE1394b总线不能进入光纤路由器组网的网络拓扑结构局限性,本模块能够适应当前数据采集系统嵌入式、高速、长距离和高实时性需求.     

分布式电力电子高速环网时钟同步技术研究

对于大容量的电力电子装置,采用分布式的模块化控制方案已是一种趋势。由于分布式电力电子装置的分散化控制结构,需要实现多个分布时钟的高精度时钟同步。文中针对级联H桥变换器提出了一种分布式实时以太网高速环网控制结构,并在UDP协议的基础上制定了相应的环网通信协议,通过分析环网主从站设备间的时钟偏差,提出了高精度的主从站设备的时钟同步方案。最后,根据提出的同步方案搭建了以太网高速环网控制测试平台,通过实验结果验证了主从站的高速环网通信和高精度时钟同步,且时钟同步精度在25 ns以内。     

基于分布式控制系统的2MW双馈风电变流器设计

针对双馈风电变流器常用的集中式控制系统信号处理过于集中、易受干扰等缺点,设计了一种能提高抗干扰能力的分布式控制系统。介绍了分布式控制系统总体构架、各分布式单元功能和光纤通信协议、转子侧和网侧分布式控制策略,分析了其增强抗干扰能力的原因。给出了变流器的主电路拓扑结构,并对变流器进行了长期运行试验,验证了变流器和控制系统的可靠性与性能,给出了部分运行波形。     

一种新型拓扑的背靠背柔性直流输电系统及其仿真

从降低电力电子器件直接串联数目、器件开关频率和简化主电路拓扑结构3个方面出发,提出一种基于模块级联的背靠背柔性直流输电结构。选用了高压大电流、低导通损耗而开关频率却相对较低的开关器件IGCT,设计了基于该系统模型的控制系统,确定了其控制策略。MATLAB软件仿真结果证实了笔者提出的背靠背柔性直流输电系统模型的正确性和控制策略的有效性。     

VSC-HVDC大功率拓扑结构研究

针对VSC-HVDC系统在高压大功率应用场合下存在损耗大、直接串联电力电子器件数量巨大并引起可靠性差的问题,在分析现有VSC-HVDC拓扑与大功率化方法的基础上,从降低电力电子器件直接串联数目、器件开关频率和简化主电路拓扑结构3个方面出发,提出了一种大功率多模块式VSC-HVDC拓扑。换流器模块工作在相对较低的开关频率下,因此可以选用高压大电流、低导通损耗而开关频率却相对较低的开关器件如IGCT等。设计了基于该系统模型的控制系统并确定了其控制策略。仿真结果证实了提出的VSC-HVDC拓扑及其控制策略的有效性。     

集散控制直流电源系统设计

介绍了以高频开关电源模块和铅酸免维护蓄电池组构成各独立的直流电源,以嵌入式系统芯片为控制核心,CAN总线为通信网络的集散控制直流电源系统.该系统中高频开关电源采用移相全桥零电压开关PWM变换器及高频变压器组成;中央控制器和节点控制器采用基于LPC2478的嵌入式系统,并配以人机界面;节点控制器对直流电源现场信息进行采集与控制,并通过CAN总线与中央控制器通信,以达到对直流电源的集中监视、操作、管理和对现场电源分散控制相统一的新型控制.系统的软件设计包括中央控制器和节点控制器的软件设计,软件设计是在μC/Linux环境下编写应用程序和驱动程序,驱动程序加栽到系统中通过设备注册实现;各软件模块的功能通过中断服务程序来完成.     

Switching frequency determination of a bidirectional AC-DC converter to improve both power factor and efficiency

This paper investigates the possibility to optimize both the efficiency and the power factor of energy conversion systems which include power electronic converters. The values of these important power quantities depend on different parameters, such as the switching technique and the switching frequency of the power electronic elements. Comparing the already known and used switching techniques with each other we can conclude that the sPWM method offers the highest values of the efficiency and the power factor simultaneously. However, when using this technique the basic current harmonic lags as to the voltage in case of ohmic inductive loads resulting in the decrease in the power factor. In the present work a new sPWM switching technique is suggested in order to achieve higher power factor and efficiency compared to the traditional sPWM method. The aforementioned switching technique is a modified sPWM method based on an appropriate shifting of the input current to the grid voltage. But, the following question is raised: Is there a switching frequency value in a given converter topology by which both the efficiency and the power factor gain optimal value? Thus, the main aim of the present paper is determine this specific switching frequency value. This is achieved by using a simple method based on a criterion suggested in this work. In order to demonstrate how this specific frequency value can be found, a bidirectional AC-DC converter composed of a single phase bridge and two switching elements at the DC side is used. This proposed converter topology excels in that the total number of the switching elements is minimal. The study of this subject is carried out through Matlab/Simulink simulation and experimentation.     

基于智能多代理系统的VSC-MTDC系统分布式控制策略

应用智能多代理系统(MAS),提出一种基于电压源型换流器的多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统的控制策略。首先,基于网络图论的概念,提出了MAS最优通信拓扑设计方法。然后,基于VSC-MTDC系统传统下垂控制给出了完整的MAS控制策略,设计了以换流站交流母线电压、频率为输入信号的频率支撑Agent(FSA)模块和以换流站负载率为输入信号的功率分配Agent(PAA)模块,并深入讨论了FSA和PAA的配合控制问题。其中,FSA通过控制换流站的功率输出对交流电网提供快速频率支撑,PAA通过换流站之间的输出功率再分配保证VSC-MTDC系统中各换流站负载率的均衡分配。最后,基于DIgSILENT/PowerFactory电力系统仿真软件搭建了六端VSC-MTDC系统,通过非线性仿真证明了所提通信网络拓扑优化方法的有效性,并且验证了所提控制策略能迅速实现系统频率的稳定、有效防止换流站功率的过载。     

Buck变换器的多频率矩阵模型及其在分布式供电系统中的应用

电力电子变换器是频域内典型的单输入多输出系统,当输入某一频率的扰动信号时,变换器各状态变量既包含扰动频率分量,也包含与扰动相关的边带频率成分。在包含多个电力电子变换器的分布式供电系统中,一个变换器的开关纹波为另一个变换器的扰动,这种相互作用在某些情况下可能会导致母线电压差频振荡从而影响系统电能质量。然而,传统小信号模型以单个变换器的分析和设计为背景提出,主要用于描述变换器的低频特性。由于这些模型忽略了开关变换器的很多固有特性,因此不能准确地分析上述变换器之间在开关频率附近的相互作用。为此,提出了一种新的矩阵小信号模型并以Buck变换器为例进行了详细的说明。该模型可以准确地描述变换器的单输入多输出特性,并解释分布式供电系统中电力电子变换器相互作用导致的母线电压差频振荡现象。对比结果表明,传统的平均小信号模型和多频率小信号模型都是所提出的矩阵模型在不同情况下的近似。仿真和实验结果证明了所提模型的准确性和有效性。     

应用ATM网络实现电力系统远程实时监控

提出了电力系统实时决策系统中超远程强实时通信的设计与实现方法，在网络拓扑上采用星形的多智能客户机组／中央服务器群集模式；网络物理载体采用能够提供高带宽和极短时延的基于光放大技术的同步光纤网；在通信方式的选择上，采用基于无确认的方式并且能够提供良好的实时服务的兼容性的ATM技术，通过对可靠性和实时通信时延进行精确估算，表明采用此设计方式，可以满足电力系统实时决策和紧急控制对上千千米超远程通信的可靠性和实时性要求。