基于FPGA的直流变压器实时仿真研究

随着高频电力电子开关器件技术的逐渐成熟,直流变压器的研究和应用得到了越来越多的关注。由于直流变压器的高频特性,现有的基于CPU的实时仿真技术,其计算步长一般是10 μs级别的,无法精确地实时反应直流变压器的高频特性。鉴于此,提出了采用FPGA技术来进行直流变压器的实时仿真,由于FPGA的并行计算特点,其计算步长可以达到纳秒级别,可以精确地反应直流变压器的高频特性。给出了直流变压器的拓扑结构,建立了相应的直流变压器FPGA模型,并设计了相应的控制算法。经过实时仿真研究,验证了基于FPGA的直流变压器实时仿真模型及所设计控制算法的可行性和有效性。     

组合式双管正激直流变压器研究

随着电力电子技术的发展,出现利用电力电子器件构成的新型变压器。特别是具有输入电压和输出电压基本成比例特性的不可调压形式的直流变压器,得到了越来越多的人们关注。本文提出一种组合式双管正激直流变压器,详细地分析了其工作原理以及输入、输出特性、零电压条件,最后在原理样机上进行实验验证。实验结果证明理论分析的正确性。     

高频谐振型直流变压器模块设计与研究

此处针对电力电子变压器(PET)中核心直流变换环节,提出了使用LLC串联谐振变换器作为高压大功率的高频谐振型直流变压器的基本模块,并详细分析了各项设计原则,以实现高功率密度条件下高效稳定地直流功率变换。分析了该高频谐振型直流变压器工作原理及稳态增益的频谱特性。通过简化等效电路推导出了该直流变压器谐振轨迹特性,以指导谐振电容的设计。详细分析和推导了高频变压器的磁芯损耗和绕组损耗及变换器开关损耗的计算方法,并研究了影响直流变压器模块效率的各项因素。最后,研制了一台实验型高频谐振型直流变压器,通过实验结果验证了大功率高频谐振型直流变压器模块设计理论的可行性与正确性。     

谐振变换器开关死区引起的直流变压器的功率损失

随着直流微电网和直流配电网的兴起,作为直流电压隔离变换的直流变压器备受关注。具有恒变压比的直流变压器通常采用高频谐振变换器和50%占空比控制,具有高效简洁的特点。本文分析了考虑开关死区情况下直流变压器的典型工作模态,推导建立了传输功率与开关死区时间的数学表达式,得到了死区将会降低直流变压器的传输功率的结论。建立了一种CLLC型谐振变换器拓扑的直流变压器的仿真模型和实验平台,结果验证了上述结论的正确性。     

几种模块化多输出电力电子变压器拓扑的不平衡负载补偿能力比较

电力电子变压器除了能实现传统变压器的变压/隔离功能之外,还需要根据用户需求提供一些额外功能,其中之一是多输出功能,即给多个独立的交/直流负载供电。因为负载不平衡工况会对电力电子变压器的运行提出挑战,因此当设计一台具有多输出功能的电力电子变压器时,需要确定合适的拓扑与控制策略。本文对三种电力电子变压器拓扑的补偿不平衡负载的能力进行了比较,包括:独立相连接拓扑,交叉相连接拓扑与自平衡拓扑。独立相连接拓扑通过在输入级中注入零序分量来实现不平衡负载的补偿;交叉相连接拓扑通过输入级调制度以及无功分量注入实现不平衡负载的补偿;自平衡拓扑通过拓扑自身的连接方法以及多端口高频变压器实现不平衡负载的补偿,拓扑较为复杂。本文分析了上述三种电力电子变压器拓扑的原理以及控制策略,并在SIMULINK中验证了这几种拓扑补偿不平衡负载的功能。     

电力电子变压器能量双向流动研究

介绍了双直流环结构电力电子变压器的拓扑和工作原理,对其各级子电路提出了相应的控制方案;分析了电力电子变压器的能量双向流动,并进行了仿真。仿真结果表明:电力系统中,双直流环结构电力电子变压器可以实现网侧电流灵活控制、电网接近单位功率因数运行,有较好的负载输出电压,还能实现能量双向流动。     

输出电压恒定的电力电子变压器仿真

介绍了电力电子变压器的优点、目前的研究状况；指出了用电力电子变压器解决电能质量问题是今后的发展趋势；着重讨论了电力电子变压器的工作原理，推导了高频变压器中的磁链关系式，比较了采用基于有效值和瞬时控制的电力电子变压器的动态响应，并用仿真验证了理论推导的正确性和所采用的控制策略的有效性。结果表明，电力电子变压器体积小、重量轻，不但可以实现电能传输、电压隔离、匹配等功能，还能抑制电压跌落、上升和闪变等动态电能质量对输出电压的影响，是建设“绿色电网”、“数字电网”的关键设备之一，对其进行研制和使用可以取得巨大的经济和社会效益。     

配电系统电力电子变压器拓扑结构综述

电力电子变压器(PET)是一种结合电力电子变换器和高频变压器而构成的电能传输设备,在坚强智能电网的建设中有着巨大的应用价值。本文对国内外研究的配电系统电力电子变压器热点拓扑结构做了分类,并针对各种实现方案进行了分析和对比。指出电力电子变压器在减小自身体积和重量、电能质量调节等方面具有传统变压器不可比拟的优势。尤其是具有直流环节的三级型结构,其良好的控制性能使电力电子变压器可实现更多的功能,也为分布式发电系统更好地融入智能电网提供了通道,是电力电子变压器未来的发展方向。最后就电力电子变压器的实际应用提出了需要重点研究的几个关键问题。     

低压直流母线AC-DC电力电子变压器及其短路故障穿越方法

传统的基于半桥型模块化多电平电力电子变压器使用大量的开关器件和无源元件,限制了其功率密度和效率的提高。提出了一种组合全桥型模块化多电平换流器(MMC)和输入侧间接串联型输入串联输出并联DC-DC变换器的电力电子变压器拓扑,MMC输出等级较低的中压直流母线,可减少隔离级DC-DC模块数量,且可以实现故障时的自阻断功能。通过改变DC-DC变换器模块输入侧的串联连接方式,可有效避免中压直流端口短路时导致DC-DC变换器输入侧电容短路问题。该电力电子变压器拓扑同时具备中压和低压直流端口,且可以有效降低开关器件、无源元件、高频变压器以及DC-DC变换器模块数量,提高电力电子变压器的功率密度、效率和故障穿越能力。最后基于MATLAB/Simulink,搭建了该电力电子变压器的仿真模型,仿真结果验证了该拓扑的可行性。     

基于爱泼斯坦方圈的直流偏磁实验及分析

在高压直流输电的单极大地运行方式中,直流电流通过接地的中性点流入变压器绕组会给电力变压器造成危害。随着直流输电的应用和发展,直流偏磁问题已经得到越来越多的重视。对于直流偏磁问题的研究不仅有利于揭示直流偏磁机理,而且对变压器的设计和运行有着重要的指导意义。本文利用爱泼斯坦方圈进行了直流偏磁测试。通过对励磁电流各次谐波的分析,研究了直流偏磁对励磁电流及饱和铁心的影响。     

输入串联输出并联直流变压器控制研究

随着电力电子技术的发展,直流变压器得到了越来越多的关注.为了实现低压功率器件在高压电能变换中的应用,以全桥直流变压器为基本功率模块构成了输入串联输出并联(ISOP)的直流变压器.为了避免最大占空比控制时,由于每个模块参数不一致性造成各模块输入不均压,在此给出了带偏置电压的输入电压闭环控制策略.理论分析和实验结果均表明,...     

一种新型变压器直流偏磁抑制装置

高压直流输电单极大地回路运行产生的地电流会导致变压器直流偏磁,引起变压器局部过热、振动加剧、噪声增大等不良反应.分析了直流偏磁对变压器影响以及抑制直流偏磁的主要方法,提出了抑制变压器直流偏磁的新装置拓扑,采用电位补偿原理,通过故障模拟仿真,完成了对整个装置的器件参数选型,为有关工程建设提供借鉴.     

中低压直流变压器拓扑与控制综述

直流变压器作为直流电网中实现电压变换与电能分配的核心装备,其运行特性对直流电网影响深刻.基于此,对中低压直流电网中直流变压器的研究现状进行了总结与分析.首先,简要阐述了直流变压器的基本功能和典型运行场景;考虑到拓扑是直流变压器适应不同电压等级应用场合的关键,从端口数量和能量耦合方式的角度对直流变压器拓扑进行了分类,明确了各类拓扑的主要特征;其次,全面分析了直流变压器在稳态与暂态运行过程中包括效率优化、软启动、直流偏置电流抑制等方面的控制策略,有利于保障直流变压器在复杂工况下的高效可靠运行;然后,对直流变压器核心部件——高频变压器的关键技术进行了讨论,为高频变压器的选型和设计提供了参考;最后,对直流变压器未来的发展趋势进行了展望.     

适用于直流电网的推挽式直流自耦变压器及其控制策略

基于双有源桥拓扑结构的能量传输机理,通过融合直流自耦变压器与模块化多电平换流器的拓扑演绎规律,提出了具有高传输效率和高运行可靠性的推挽式直流自耦变压器。分析了推挽式直流自耦变压器的工作机理、控制策略和系统参数对运行特性的影响。通过采用特定拓扑结构的四绕组变压器并结合推挽式工作模式,推挽式直流自耦变压器内部的特定四绕组变压器可由2个相同的单相双绕组变压器等效代替分析,极大简化了稳态控制策略的设计难度。PSCAD/EMTDC仿真验证了推挽式直流自耦变压器的技术可行性与有效性。     

推挽DC／DC变换电路中高频变压器的设计

高频变压器的设计是功率变换电路设计的核心技术。详细介绍了1100W／55kHz推挽DC／DC变换电路中高频变压器的设计过程,包括变压器磁芯选取及型号的确定、绕组设计及变压器的绕制。给出了变压器原、副边电压实验波形,实验结果表明所设计的变压器工作稳定可靠,满足电路设计要求。     

高压直流电流测量装置的应用现状与研究进展

高压直流电流测量装置为高压直流输电系统的线路控制和保护提供输入信号。随着我国直流输电系统电压等级的不断升高,系统中的直流电流的测量已成为一个新课题。文章首先综述了已在国内外直流输电工程中运行的高压直流电流测量装置的结构和工作原理,指出各自存在的问题。然后介绍了我国在高压直流电流测量技术领域的研究进展,主要涵盖零磁通直流电流互感器、有源式直流电流互感器、全光纤式直流电流互感器、基于巨磁电阻效应的直流电流互感器和基于光纤光栅器件的直流电流互感器,希望能为未来高压直流电流测量装置的设计、实施与运行维护提供有益的参考。     

隔直装置安装位置对电网主变压器直流偏磁电流分布影响研究

针对城市电网直流偏磁主变压器中性点安装隔直装置后,导致周围其他主变压器中性点直流增加出现直流偏磁这一现象,提出研究隔直装置安装位置对城市电网主变压器直流偏磁电流分布的影响。考虑地铁回流系统结构、换乘站综合接地系统连接特征以及地铁和城市电网空间、电气连接关系,基于CDEGS仿真软件建立西南某城市电网及地铁网络耦合模型。在此基础上,仿真分析了不同类型变电站安装隔直装置后,电网变电站主变压器直流偏磁电流幅值变化特征。分析结果表明,为地铁主变电所供电的220 kV变电站安装隔直装置后,与其直连的变电站主变压器直流偏磁电流总量减少超过15%,能够显著抑制直流偏磁电流,为城市电网变电站隔直装置安装位置确定提供理论依据。     

换流变压器在直流融冰装置中的作用研究

直流融冰是目前最为成熟和可行的融冰手段之一。文章在现有直流融冰技术的基础上,通过对直流融冰的最小融冰电流、直流融冰功率以及谐波电压的研究,分析使用和不使用换流变压器对直流融冰装置和交流线路的影响,为直流融冰的应用提供了一个新的思路。结合四川电网某融冰工程项目,使用PSCAD/EMTDC软件仿真得出使用换流变压器的工程实际应用条件和限制范围,研究成果成功应用在四川电网直流融冰项目设计工作中,可供今后工程参考。     

全自动变压器绕组直流电阻快速测量仪

根据电力变压器绕组直流电阻的测量特点,针对目前变压器绕组直流电阻测量仪存在的问题,笔者提出了"自动切换被测绕组电路"法,即测量人员连接好全部测试夹钳后,由CPU控制功率继电器完成各相绕组的测量,减少了总测量时间和测量人员的劳动强度。笔者还提出了主动放电方法,在保证尽可能短的放电时间的前提下降低了反向电压的幅值,保护了设备和人员的安全。采用格罗布斯(Grubbs)准则剔除粗大误差,并给出了变压器直流电阻的最小二乘公式。测试结果表明,应用格罗布斯准则和直流电阻最小二乘公式可最大限度地减小现场干扰和偶然误差对测量结果的影响。