矿用防爆变频技术及应用研究

本文首先对防爆技术进行了介绍,并对矿用防爆变频系统及其在煤矿中的相关应用进行了研究,给出了智能局扇、乳化液泵、皮带机、刮板机变频驱动系统、绞车提升机系统五种不同负载工况的应用方案。最后给出了研制500kW/1140V隔爆兼本质安全型变频器的系统方案,提出了隔爆兼本质安全结构和电气系统的设计方法。其研究结果具有较大的工程价值和实践意义。     

电气化铁路接触网直流融冰技术及装置研制

铁路牵引网覆冰会严重影响铁路干线的正常运行,本文阐述了接触网融冰的特点,论述了融冰电流、电压随距离和覆冰厚度的调节方法,提出了新型功率单元斩波级联全控整流融冰电路拓扑,推出了该融冰装置的并联输入串联输出(IPOC)等效电路。分析了输入侧多重整流控制的方式,对四象限错相整流的输入谐波及功率因数控制进行了探讨,提出了级联功率单元的斩波错相输出控制方法,分析了电路的工作状态。研究了级联功率单元的均压控制原则以及斩波输出占空比与电容电压的关系,并进行了仿真研究。在此基础上设计了大功率实验样机,通过电压差回馈法进行了全功率试验。结果表明,该融冰电路输出电压稳定、输入谐波含量低,对电网影响小,可有效应用到工程实践。     

兼具STATCOM功能的混合型直流融冰电源

针对融冰电源性价比较低、装置使用具有较强周期性的问题,提出了一种兼具静止同步补偿器(STATCOM)功能的混合型大功率直流融冰电源。在对拓扑工作原理及拓扑工作切换过程进行分析的基础上,推导了STATCOM和直流融冰两种应用工况下,功率单元和系统主电路的等效电路和数学模型。对STATCOM和直流融冰两种工作模式下的调制策略、单元工作模式及其控制方法进行了研究与分析,提出了一种模块均衡控制方法。仿真和试验结果表明,所提出的混合型大功率直流融冰电源具有较好的直流融冰和无功补偿效果。仿真和试验与分析结果一致,验证了拓扑结构和控制方法的正确性。     

输电线路柔性直流融冰技术

为直流融冰技术在电网中的应用提出了一种新型柔性直流融冰技术。通过分析输电线路结冰情况的等效模型并研究融冰时的热交换过程,针对220kV输电线路计算出了线路融冰所需的保线电流和最大电流值。按计算结果的需求设计了基于可关断器件的新型柔性直流融冰电源。论述了该电源的主电路拓扑及其功率单元的等效电路,并对其相关的融冰控制策略进行了分析和研究。最后研制出一台全控直流融冰装置样机,并进行了现场试验。试验结果表明,该融冰装置可对直流输出电压进行柔性调节,融冰时的网侧谐波含量较低,在试验中仅3.16%。     

一种兼具融冰功能的柔性直流输电换流站的研究

基于电压源型换流器的双端柔性直流输电换流站在直流侧直接连接,其直流调压与功率控制相互耦合,同时输电线路存在冬季覆冰的问题。在对现有柔性直流输电换流站分析的基础上,提出了一种兼具融冰功能的柔性直流斩波输电换流站方案。该换流站采用电压源换流器(voltage sourceconverter,VSC)单元级联方式,在直流侧用斩波器控制2个换流站的直流侧电压差来控制输电功率,并可作为直流融冰电源进行线路融冰。在分析该换流站电路拓扑的基础上,推导了换流器的数学模型,得到了换流器单元的等效电路;按运行状态分类研究了该换流站的控制策略,讨论了换流站在不同工作模式下的控制方式,并研制出试验样机。试验结果表明,换流站可应用在中小型柔性直流输电以及电力线路融冰的工作模式,并可实现斩波直流输电以及直流融冰功能,从而验证了理论分析和系统的正确性和有效性。     

异步电机故障自激的一体化阻尼抑制策略

针对异步电机故障自激现象,提出了一种异步电机故障自激的阻尼抑制策略。在对自激原理及阻尼抑制策略进行分析的基础上,推导了变频器-电机一体化系统的传递函数,通过奈奎斯特判据对其幅频特性和稳定性进行了分析,论述了等效电路模型及状态矩阵方程,研究了自激频率点与滤波电容之间的关系曲线,得到了故障自激发生概率较大时的滤波电容取值范围;通过状态矩阵方程和根轨迹法推导出有效抑制故障自激的阻尼电阻取值范围。以MTA A4-200型异步电机为研究对象,通过仿真针对异步电机的故障自激现象及阻尼抑制策略进行了验证,结果表明：阻尼抑制策略对故障自激拥有比较好的抑制效果。仿真结果与分析结果一致,验证了阻尼抑制策略的正确性。     

MMC子模块元件短路故障机理及其新型保护策略

介绍了基于模块化多电平换流器(MMC)子模块的主电路和控制方式,在分析子模块故障机理的基础上,提出了器件选型的技术要求,计算了元器件短路保护动作时间,讨论了VT1元件故障短路时应对的保护策略,提出了一种在原MMC子模块电路拓扑上增加反向晶闸管的新型保护策略以限制故障范围,并可取代旁路机械开关。PSCAD仿真结果验证了该保护策略的正确性,新增的反向晶闸管对保护及时性和有效性具有重要作用。     

五电平单元级联变频器的研究

将现有两种中压变频器的特点相结合,提出了新型的基于二极管钳位三点式五电平功率单元级联的交频电路拓扑.研究了该电路拓扑的特点,推导了功率单元整体数学模型及空间状态方程.分析了基于五电平功率单元级联的该类中压变频器的工作方式,研究了功率单元中各输入、输出变量及状态变量之间的关系.详细阐述了各功率器件的开关状态,给出了优化的开关编码表.提出了载波移相层叠混合调制算法.最后完成了6kV样机的试验.试验结果表明,该变频器要求的功率单元数量少,直接输出的电压电平高,电压上升率低,对负载电机更为有利.     

直流融冰覆冰线路全控直流融冰电源及其控制切换策略

针对现有融冰电源的状况,提出了一种新型的基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)斩波调压电路的电压源型换流器(VSC)功率单元级联直流融冰电源拓扑。对VSC功率单元的工作模式和级联型融冰电源的工作特性进行了分析,结合该电源的拓扑特点,提出了功率单元的单位功率因数脉宽调制(PWM)控制+6重移相斩波调压控制的新型控制组合策略。根据融冰电源的应用方法,提出了基于"一进两回"融冰接入方法的新型三相循环自动融冰控制策略,给出了切换方法并进行了详细分析,同时对直流侧故障策略进行了分析。实验结果表明,该融冰电源具有电压稳定可调、恒流输出的特性,可以有效完成自动融冰功能,电能质量参数明显优于现有其他类融冰电源。     

新型的模块化多电平换流器子模块保护策略

分析了模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)子模块在3种工作方式下的故障机制与保护方法,提出了一种在原有子模块拓扑上增加一个保护用晶闸管的新型保护策略,以快速切除故障子模块。仿真结果表明,子模块拓扑改进后,可大大提高保护效率,提升了子模块故障保护能力,可为MMC设计提供参考。