基于磁悬浮飞轮储能的脉冲功率电源系统设计

设计构建了一套基于磁悬浮飞轮储能的脉冲功率电源系统,该系统主要包括储能部分、充电部分、放电部分及监控系统。储能部分采用磁悬浮飞轮储能装置,充电部分采用充电电源和充电机,放电部分采用逆变器和变压器,监控系统实现对整个系统的数据采集、存储、监视和控制。系统的运行状态包括静止状态、启动状态、充电状态、放电状态、待机状态和停机状态。通过监控系统对整个系统的运行状态进行协同控制,保持系统正常运行。搭建模拟测试系统进行了实验测试,结果表明,测试系统能够在3 ms内快速响应,输出秒级的脉冲平顶波。该系统采用模块化设计,容量配置灵活,响应速度快,使用寿命长,建设周期短,运维简单,可满足多种应用场景下的脉冲功率电源需求。     

脉冲功率电源空间环境适应性研究及验证

脉冲功率电源已广泛应用于科研、医疗、工业等众多领域,但在航天空间领域仍缺少应用先例。针对脉冲功率电源未经历过上天应用,其空间环境适应性缺乏验证问题,以影响脉冲功率电源关键指标却又未经历过上天验证的高压电容器、调波电感、晶闸管等核心器件为研究重点,开展了核心器件的高真空、强辐射、温度交变等主要空间环境的地面模拟试验。试验结果表明脉冲功率电源具有良好的空间环境适应性,为以后的脉冲功率电源的空间应用打下了坚实基础,填补脉冲功率电源空间应用的空白。     

低场核磁共振系统的脉冲功率激励源

本文提出了一种实用可靠、经济简单的低场核磁共振系统的脉冲功率激励源设计方案.通过理论和实验结果验证了开关功率放大的互补输出电路可以满足低场核磁共振系统中功率激励源的特殊要求.给出了功率MOSFET在开关频率2MHz以下的驱动电路设计.该方案已应用在低场核磁共振系统中的脉冲激励源上,具有输出效率高、频率范围宽、调谐方便,有利于核磁共振实验时谐振点搜寻等优点.     

无电抗器电容储能型脉冲功率电源

电容储能型脉冲功率电源是目前特种直线电机系统主要选用的电源类型。现阶段脉冲功率电源小型化、轻量化的研究均着重于提升各器件的自身性能,短期内难以实现储能密度的大幅提升。该文针对感性负载开展无电抗器电容储能型脉冲功率电源研究,进一步提高电源的小型化、轻量化指标,推导和研究晶闸管导通时延抖动所带来的影响,分析该型电源安全运行的触发方式与匹配负载,并通过试验进行对比和验证。结果表明：无电抗器电容储能型脉冲功率电源可提升储能密度,具备小型化和轻量化的潜力;同步触发是实现无电抗器电容储能型电源系统可靠运行的条件,需要重点关注该型电源工作的抖动性;通过理论和实验,分析和验证了抖动对该型电源所带来的影响,具有指导意义。     

脉冲变压器紧凑型脉冲功率源设计

该紧凑型脉冲功率源以脉冲电容器为初始储能装置,通过脉冲变压器实现电压峰值的提升,并对形成线充电,由形成线来实现脉冲整形,形成线充电后通过自击穿开关对负载放电,在负载上获得较快前沿的高电压脉冲波形.脉冲变压器采用带开路磁芯的带绕式结构,其耦合系数大,能量传递效率高;形成线采用螺旋型Blumlein形成线,中筒为带绕式螺旋...     

脉冲功率电源辐射电磁场屏蔽测量与分析

脉冲功率电源会产生很强的辐射电磁干扰,特别是在电源电抗器附近场强很大,其产生的电磁场会直接影响电源附近测控设备以及工作人员的安全。为了有效控制电源电抗器附近干扰水平,对其电磁场进行了屏蔽试验,同时在理论分析和数值计算的基础上,结合试验数据进行了分析研究。首先设计了板式屏蔽结构,屏蔽板采用双层板结构,材料分别为硬铝和冷轧钢;用有限元方法分别计算了单层和双层板的屏蔽效果,兼顾其对原有电路参数的影响,获得了屏蔽板的结构与材料参数;然后,试验测量了屏蔽效果,并与仿真结果进行了对比分析。结果表明,高电导率材料起主要屏蔽作用,而采用的低电导率材料主要起到结构支撑作用,即铝制板对屏蔽效果的贡献最大;仿真和试验结果均表明,屏蔽后磁场峰值衰减1个数量级,因此提出的屏蔽方案能够有效抑制电源电抗器前干扰水平。     

脉冲功率电源电容器保护的试验研究

本文分析了采用爆炸丝方式进行脉冲功率电源电容器保护时存在的问题 ,对电容器组中单台电容器的保护要求和措施进行了较详细的讨论 ,提出了采用电感、电阻和快速限流熔断器进行电容器保护的方案 ,并结合实例进行了试验研究     

单信号驱动的固态脉冲源

随着脉冲功率电源在材料表面改性、污水处理以及生物医学等方面的广泛应用,脉冲功率电源正在朝着小型化、驱动简单及稳定的方向发展。目前,由于固态脉冲电源信号需要进行高压隔离,造成系统复杂且体积庞大。为了降低系统的质量和体积,文中提出了一种单信号驱动的固态脉冲源的拓扑结构,通过一个信号控制第一级开关的导通和关断,经主电容对剩余开关的门极电容充电后自行触发余下开关。最后,基于该拓扑结构在通用电路分析(PSPICE)中仿真了10级单信号驱动的固态脉冲源电路,结果表明该新型电路拓扑直流充电源工作在800 V,系统输出幅值约为8 kV,脉宽约为200～800 ns的脉冲电压,对于生物医学应用、肿瘤消融以及污水处理有重大意义。     

大容量变压器冷却器电源控制回路设计分析

为了保证变压器冷却器的正常、可靠的运行,必须设计出可靠的电源。讨论了变压器冷却器不同的电源接线方式,指出辐射式接线方案2为最佳接线方式。为实现这种接线方式的自动控制功能,详细分析了有关的设计回路,该回路有两个独立的工作电源并能自动切换,当工作电源故障时,自动投人备用电源。能够完成自动切换故障功能、自动投入功能和自动恢复功能。     

Investigating Pulsed Discharge Polarity Employing Solid-state Pulsed Power Electronics

The power electronics technique has become a key technology in solid-state pulsed power supplies. Since pulsed power applications have been matured and found their way into many industrial applications, moving toward energy efficiency is gaining much more interest. Therefore, finding an optimum operation condition plays an important role in maintaining the desired performance. Investigating the system parameters contributed to the generated pulses is an effective way in improving the system performance further ahead. One of these parameters is discharge polarity, which has received less attention. In this article, the effects of applied voltage polarity on plasma discharge have been investigated in different mediums at atmospheric pressure. The experiments have been conducted based on a high-voltage DC power supply and a high-voltage pulse generator for point-to-point and point-to-plane geometries. Furthermore, the influence of electric field distribution is analyzed using finite-element simulations for the employed geometries and mediums. The experimental and simulation results have verified the important role of the applied voltage polarity, employed geometry, and medium of the system on plasma generation.     

基于光导开关的固态脉冲功率源及其应用

为了推动脉冲功率技术的应用,研制了紧凑、可高重复频率运行的固态脉冲功率源。通过大功率固体开关及电路拓扑结构的比较,选择了基于光导开关的层叠Blumlein线型脉冲功率源这一技术路线。基于铁电陶瓷脉冲形成线和光导开关构建了大电流固态模块,光导开关通流能力超过4 k A。已经实现的应用包括:研制了200 k V/1 k A固态脉冲功率源并与反射二极管结合实现了重复频率为100 Hz或1 k Hz、脉冲宽度约40 ns的猝发X射线脉冲输出;利用基于光导开关的Blumlein线模块产生的快脉冲进行了血液病原体灭活初步研究,可得当脉冲个数为10个时,在80 k V/cm的电场作用下红细胞悬液中细菌的抑制率为57%。     

固态Marx发生器研究进展

为推动固态Marx发生器技术的研究和发展,介绍了近年来国内外学术界对固态Marx发生器技术的研究现状,重点分析了固态Marx发生器涉及的隔离充电技术、陡化技术以及负载能力等关键技术问题,并展望了其未来发展的趋势。固态Marx发生器的固态开关采用独立触发方式,每个开关可分别控制开通和关断,具有多参数特制、高频化、寿命长3方面的突出技术优势。通过采用隔离充电方式,可以实现低压充电电源和高压脉冲输出之间的电气隔离;通过陡化技术,可以实现数十ns脉冲上升沿输出;结合特定设计,固态Marx发生器可适用于驱动电阻、电容、电感以及它们的组合型非线性负载,在一定范围内调制出需要的电压、电流波形,具有较大的灵活性。伴随着半导体开关器件以及电力电子技术水平的发展,固态Marx发生器将向小型化、集成化和模块化方向发展,满足脉冲功率技术未来不断提高的应用需求。     

大容量机组高压厂用电压等级技术性能比较

大容量机组的高压厂用电系统可选用10kV、3kV两级或6kV一级。影响母线的带负荷能力的因素主要有开关设备的额定开断电流、高压厂用变压器的电抗和最大电动机容量。根据各种限制条件并通过定量分析,可以确定母线的带负荷能力与高压厂用变压器电抗的关系,从而可以比较高压厂用电系统为10kV、3kV两级或6kV一级时的技术性能。结果表明:在大容量机组的厂用电系统中,10kV、3kV两级相比6kV一级在技术上具有明显的优越性。     

大容量发电机主变压器感应过电压计算

当冲击电压波侵入到变压器高压绕组时,除在本绕组内产生暂态振荡外,也会通过静电和电磁感应传递到低压绕组中,使低压绕组侧产生过电压。本文以主变压器高压侧避雷器的残压为冲击电压限值,对主变压器低压侧和发电机出口可能的过电压,以及发电机出口冲击电压上升速度进行近似计算,并以此为依据选择避雷器和电容器。     

基于功率圆的分布式电源优化配置研究

分布式电源接入配电网,会对配电网潮流、线路损耗、继电保护等方面产生影响,因此有必要对其接入位置和接入容量进行研究。以配电网馈线潮流为基础,考虑到分布式电源的最大供电范围,利用功率圆的概念,建立了含分布式电源的有功功率网损目标函数,通过在功率圆内利用支路权值的启发式搜索策略,得出DG在配电网中的最佳接入位置。对实际算例分析,验证了该方法的有效性和可行性。     

大容量机组高压厂用变压器负等值电抗分析

对于厂用电系统设两个高电压等级的大容量机组,高压厂用变压器通常选用三绕组变压器。通过分析可以得到三绕组变压器的Y型和Δ型等值电路,并可以得到其相互之间的变换关系。在实际应用中,Y型和Δ型等值电路中可能会出现负等值电抗。由于等值电抗只是变压器数学模型中的参数,并不具有物理意义,所以负等值电抗出现也是可能的。分析表明,负等值电抗与正等值电抗具有相反的特性,对厂用电系统的正常运行和短路电流计算都有“负影响”。     

基于大容量电力电子功率变换的交流电弧炉柔性供配电方案

交流电弧炉作为电力系统高载能负荷的代表广泛应用于钢铁行业。针对交流电弧炉传统供配电方案在系统侧电能质量治理效果与负载侧生产效益的局限性,文中介绍了一种新型柔性供配电方案：在匹配传统方案主体结构的基础上,将多绕组移相变压器与模块化电力电子功率单元串联引入供电回路,显著提升了负载侧量测与控制精度,且改变了并联补偿治理该类负荷引发电能质量问题的固有方法。详细介绍了电源装置各部分功能,并参考传统方案工作原理设计了功率单元的控制策略。依据某100 t交流电弧炉实际参数在PSCAD/EMTDC中建立了柔性供配电方案完整仿真模型,验证了新型方案的可行性与优势。     

基于WAMS的发电机组动态无功控制策略

为改善系统故障后存在的母线电压延迟恢复问题,建立了基于积分映射的动态电压/无功灵敏度模型,提出了一种基于广域测量系统(WAMS)的发电机组励磁控制策略。该策略通过对关键发电机组实施励磁控制,提升故障下发电机组动态无功输出,为母线电压跌落提供电压支撑。基于该控制策略,利用PSD-BPA对2014年广东电网丰大极限方式下存在的母线电压延迟恢复问题进行了仿真分析,结果表明,该策略能够有效缩短关键母线电压的恢复时间,提升系统动态电压稳定性。     

基于数据驱动方法的风电机组功率优化

风电机组功率与风电产能息息相关,为提高风电产能及其收益,有必要对风电机组功率进行优化。应用前馈神经网络,从历史运行数据中挖掘风电机组功率与风速和控制量间的函数关系,进而提出逐点优化策略和聚类优化策略,用于实现风电机组功率优化,即在已知测量风速时,优化确定风电机组控制量,实现风电机组功率最大化。后者优化策略在前者优化策略基础上,应用K均值聚类方法聚类风速,从而降低优化计算复杂度,利于风电机组功率的实时优化。定义平均功率增益、功率增益百分比和功率增益概率三种指标用于测度功率优化效果。将两种优化策略应用至H56-850型风电机组,将优化后的风电机组功率与历史运行记录进行对比,结果表明,两种优化策略均可有效提高风电机组功率输出。此外,聚类中心数为5的聚类优化策略,能以较低的优化计算复杂度,达到与逐点优化策略相近的优化效果。