混合式限流断路器的研究与发展

电力电子技术的进步与新型器件的出现为电力系统的发展提供了新的机会.概括了目前混合式限流断路器(HCLCB)的基本工作原理及其在国内外发展状况,详细介绍了基于不同器件的HCLCB的拓扑结构,诸如自然换流式及强迫换流式HCLCB,并分析了相应的技术特点,同时还从机械结构及故障电流检测的角度阐述了HCLCB设计要点,希望能为HCLCB的设计提供参考.     

柔直换流阀损耗解析计算及其误差分析

模块化多电平换流器（MMC）柔直换流阀损耗是系统重要的性能及经济评价指标,也是换流阀功率器件选型、结温评估、冷却系统设计的直接依据。换流阀损耗主要为绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、二极管等功率器件的导通损耗和开关损耗,占比达到90%以上。目前已有大量关于柔直换流阀损耗计算及优化方法研究成果。本文在现有解析计算法的基础上,进一步精确推导得到涵盖系统工况及器件特性的损耗计算通用表达式。提取了与损耗关联的影响因子及其权重,为损耗优化提供了依据。考虑到实际工程换流阀为电平逼近调制策略,分析解析计算法的误差来源,提出计算精度更高的基于工程运行现场数据录波的损耗计算方法。     

基于DSP和CPLD的双级矩阵变换器研究

给出了双级矩阵变换器(Two-stage Matrix Converter,简称TSMC)的主电路结构,分析了TSMC的换流策略和双空间矢量调制(Space Vector Modulation,简称SVM)策略。提出了以数字信号处理器为系统的控制核心,通过复杂可编程逻辑器件实现换流和驱动信号输出的软件设计方案。实验结果验证了设计的可行性,证明了TSMC和直接式矩阵变换器(Matrix Converter,简称MC)一样具有优良的输入输出特性。     

双Buck双向交流斩波器

提出一种新颖的双降压式交流斩波器。传统交流斩波器换流时必须遵循严格的换流次序,存在换流时器件电压尖峰过高的问题;一般采用等占空比调制,对交流系统已有的谐波畸变没有任何抑制能力。双降压式交流斩波器可实现AC/AC直接降压变换,或反方向的AC/AC直接升压变换。采用电流单向开关和半周工作方式,结构简单、所需器件较少;由于电路结构的内在特点,无桥臂直通的可能,功率器件可同时导通,从根本上消除了换流电压尖峰;采用滞环电流控制方案的双降压交流斩波器具有良好迅速的输出电能瞬态调节能力,可得到高质量的输出电压波形。试验验证了以上分析的正确性。     

混合式限流器换流回路的参数优化设计

针对10 kV配电网系统的一种传统混合式故障限流器进行了仿真研究,该限流器由主回路的快速开关及换流回路组成,换流回路由预充电电容及电感和晶闸管组成。研究结果表明在限流的过程中,快速开关两端的恢复电压上升速率及峰值大小与换流回路各器件的参数有很大的关系。若参数匹配不当,则存在开关被重击穿的可能性。文中介绍了在开关两端并联晶闸管的改进型方案,当开关中的短路电流过零后,该晶闸管会起到续流作用,以保证开关存在利于介质恢复的低电压时间。通过理论分析发现,该低电压时间值的长短受换流回路的电容电感参数影响较大,具体研究了低电压时间与这些参数的变化关系,并通过低压模拟实验验证了关系的正确性。在实际的快速开关设计中,可通过调节这些参数来得到合适的低电压时间值,从而减小对开关机构速度及断口介质击穿强度特性的要求。     

现代HVDC换流阀设计特点及其技术动向

介绍了现代 HVDC换流阀的设计特点及新增特性。并从晶闸管器件、均压阻尼电路、冷却系统、机械和绝缘结构、晶闸管监控系统等方面探讨了现代换流阀的技术动向 ,认为其发展趋势是减少所需器件数 ,提高晶闸管电压电流额定值     

基于有限元仿真的柔直子模块母排优化设计

随着柔性直流输电技术的不断发展,柔直换流阀的设计也趋向于更加精细化。柔直换流阀子模块内部母排连接着核心器件绝缘栅双极型晶体管(IGBT)与直流电容,其作为主要换流回路,杂散电感是影响IGBT可靠工作的关键因素。此处以优化母排杂散电感为目标,通过对激励源频率和母排结构尺寸灵敏度进行分析,实现母排的优化设计。     

有限元分析在特高压换流阀塔结构抗震设计中的应用

悬吊式阀塔抗震特性是换流阀可靠性设计中必须考虑的关键问题,对换流阀运行可靠性有着至关重要的影响。应用Ansys Workbench建立阀塔有限元模型,分别进行静力分析、模态分析、地震响应谱分析。通过对阀塔组件材料的强度校核,得出文中所提出的阀塔强度满足抗震设计要求的结论。为换流阀塔结构的抗震设计提供了完整的解决思路。     

换流变压器两种屏蔽结构对漏磁及附加损耗影响的仿真研究

利用三维有限元方法,分别就典型换流变压器两种屏蔽结构对漏磁场及附加损耗的影响进行了仿真计算与对比分析,为换流变压器结构优化与设计选型提供了参考。     

基于CPLD的矩阵变换器4步换流的实现

由于矩阵变换器的双向开关都是由分立器件组合而成,使得矩阵变换器控制实现相对复杂.为了对矩阵变换器实施安全换流,设计并实现了由CPLD器件来实现矩阵变换器双向开关间的安全换流策略.详细介绍了换流策略及实现方法,在带交流电动机负载下得到相应实验波形,结果验证了该设计的正确性.     

基于IGBT软关断的混合式限流断路器结构与分析

回顾了混合式限流断路器的发展,针对4000 A/400V低压场合,提出了一种新型的基于绝缘栅双极晶体管(IGBT)软关断技术的混合式限流断路器的结构,在保证能迅速切断故障的同时兼顾了IGBT的瞬间特性,这种结构具有简单、实用的特点.文中介绍了其工作原理及设计要点,并进行了相关的仿真实验,在此基础上分析了混合式限流断路器的性能参数.实验表明,它综合了机械式断路器和固态开关的优点,可以在故障发生后极短时间内达到限制短路电流增大的目的,将在电力系统中得到更广泛的应用.     

改进混合型限流断路器限流特性及换流电弧能量分析

混合型限流断路器兼备了机械开关良好的静态特性和固态开关无弧快速分断的动态特性,是国际上断路器研究的新方向。为了对高di/dt电流下混合型限流断路器的换流电弧能量进行分析,在已研制出的两种混合型限流断路器样机基础上,开展了相同实验线路参数和设定动作值条件下的两种限流断路器方案的对比实验。改进方案可将电流上升率di/dt为18A/μs的短路电流限制到7.5kA,分断动作时间1ms,相比于初始方案,改进方案分断速度更快,限流能力更强。进而计算了2种方案在不同短路电流上升率下的换流电弧能量,并分析了电弧能量对触头烧蚀特性的影响。改进方案能够有效地降低换流电弧能量,减小电弧对触头的烧蚀,提高触头寿命。研究表明改进方案更适合需要多次分断高di/dt短路电流的应用场合。     

新型混合型限流断路器分析及试验

研究了一种基于高速斥力开关的交直流两用混合型限流断路器方案,该限流断路器在限流过程中先经过一个强迫换流过程,使得触头分离时高速斥力开关上电流减小到较小值,触头分离后再经历一个自然零电压换流过程,将斥力开关电流换流到二极管支路上.重点对限流断路器换流过程进行了理论分析及仿真,分析了其可能出现的4种分断情况.研制了400V/500A限流断路器样机,并进行了不同短路电流上升率的限流试验,验证了理论分析的正确性.     

基于电力电子复合开关的限流式混合直流断路器参数设计

研究了基于电力电子复合开关的限流式混合直流断路器。采用电力电子复合开关,以降低高压混合式直流断路器的电力电子功率器件串联数量;采用特殊设计的限流电路,在故障发生时抑制短路电流的上升速率,并可在线路断开后自行释放能量,避免感应过电压的产生。同时,对限流式混合直流断路器的参数设计原则及复合开关的配置方法进行了详细的推导,并对其正确性进行仿真验证。仿真结果证明,采用文中所述方法进行限流式混合直流断路器的设计,不仅可以在直流电路发生短路故障时有效限制短路电流上升率,降低短路电流开断难度,还可以显著减少器件串联数量,从而达到降低装置体积与成本的目的。     

带有自供电功能的电流测量传感器的设计

为保证电力系统在线监测工作的顺利展开,促进电流传感器的自供能和智能化,设计了一种自供电型电流测量传感器。该传感器可以同时实现测量和供电两个功能。通过推导互感器一次侧电流与二次侧电压电流之间的数学关系,建立了通过整流桥前后电压、电流信号进行线路电流测量的模型,给出了电流测量装置的总体设计思路。最后用实验验证了不同测量模型的正确性,分析了负载变化时的测试结果。     

交直流混合供电关键技术

除高压直流输电外,直流电能在中低压配电领域的应用受到越来越多的关注。从交直流混合供电网架结构、直流母线结构与母线电压等级、电源与设备接入直流母线方式、交直流混合供电网控制策略、交直流混合供电网保护控制等方面分析了交直流混合供电方案中的关键技术。提出交直流混合供电中还未解决的课题,并对其应用前景做出展望。     

新型单相并联混合电力滤波器的研究

本文针对LC无源滤波器和传统的电压源型并联混合电力滤波器的缺点,提出了一种新型的并联混合电力滤波器.它由纯调谐LC无源滤波器、附加电感和有源电力滤波器(APF)构成,APF控制成谐波电流源.从理论分析得到了APF的容量公式,并提出了附加电感的设计原则.仿真和实验结果证明了此方案的有效性和优越性.     

一种实用的串并联混合有源电力滤波器

设计了一种实用的串并联混合有源电力滤波器,分析了其结构、工作原理和滤波性能。在该滤波器中,串联在系统和谐波负载之间的零磁通变流器可自动对基波呈低阻抗、对谐波呈高阻抗,从而实时检测出剩余谐波电流流过变流器时产生的谐波电压降、实现滤波;逆变器可产生一个与检测到的谐波电压成正比的电压。通过将耦合变压器与无源电力滤波器串联后并入电网,减少了流入系统的谐波电流。实验结果验证了该滤波器设计原理的正确性,表明其能有效降低滤波器有源部分的容量,具有良好的滤波性能。     

光纤电流互感器的发展

随着现代电力系统的发展,传统的电磁式电流互感器暴露出越来越多的问题。而光纤电流互感器(OCT)的出现为这些问题的解决带来了答案。OCT 有如下优点:不含油,尺寸小,绝缘结构简单,不会有安全隐患; 不含铁心,不会有磁饱和现象;测量带宽和精度高;使用光纤传输信号,可以有效地防止电磁干扰;其输出可以方便地与计算机接口。光纤电流互感器的发展,必将大大加速电力设备向小型化、综合自动化和高可靠性方向的发展。     

基于Rogowski线圈传感的光电电流互感器的研究

随着电力系统的快速发展 ,传统的电磁感应式TA所存在的问题日益严重 ,给电力系统运行带来一定的故障隐患 ,而彻底解决这些问题的前提是采用新的传感技术来研制新型的电流互感器。文中介绍了一种基于Rogowski线圈的新型混合型光电电流互感器的工作原理及系统的组成 ,同时还研究了在技术实现和实用化过程中的一些问题和解决方法。