关于电力通信用DC/DC馈线短路问题的研究

分析了电力专用通信DC/DC直接挂于操作电源直流母线上,当发生馈线短路故障时DC/DC因自身短路保护而导致馈线开关不能可靠跳闸的问题,试验验证了此问题发生的机理,以及在DC/DC输出母线并联适当电解电容解决此问题的有效性。     

变电站并联直流电源系统馈线短路特性分析

"并联智能直流电源系统在变电站的研究与应用"是国家电网公司依托工程新技术研究项目,变电站并联直流电源系统已在湖北省多座智能变电站投入运行。在并联直流电源系统中,蓄电池并不是直接并在直流母线上,而是通过DC/DC转换模块接于母线。当发生馈线短路时,直流系统是否能提供足够的短路电流?馈线开关跳开后、电压波动有多大?母线电压需要多长时间才能恢复?当故障清除后,继电保护、监控系统是否会闭锁或重新启动?为此,我们在实验室、110 k V变电站现场进行各种短路模拟试验,以录取短路波形进行分析。试验证明:并联智能直流电源系统在馈线短路时,系统能提供足够的短路电流;短路切除过程对二次保护、监控等设备无影响。     

基于双向DC/DC的开关磁阻风电系统能量控制

提出一种新型基于双向DC/DC和直流母线结构的开关磁阻风力发电系统,其拓扑结构及控制简单,同时避免了交流系统的稳定性问题,减轻储能装置的负担,提高能源利用率;采用基于蓄电池电压分段的能量管理控制策略,通过双向DC/DC变换器和开关磁阻发电机控制器的协调控制,以保证供电质量和可靠性;对基于双向DC/DC和直流母线结构的开关磁阻风力发电系统进行仿真研究,仿真结果验证了提出的能量管理控制策略的有效性,具有一定的工程应用价值。     

双极型DC/DC制氢变流器研究

大功率制氢变流器是可再生能源制氢应用中的一个关键设备,针对光伏直接制氢应用场景,提出一种双极型Buck串联结构的DC/DC制氢变流器拓扑电路。为了降低输出电流纹波,两组Buck电路均采用3重交错控制;分析了该拓扑电路在不同工况下的等效模型,在分析母线支撑电容充放电路径基础上给出了正负母线均压控制方法,采用正母线Buck电路控制输出电流,负母线Buck电路控制母线电压均衡;设计了一台2.5 MW DC/DC制氢变流器,给出了关键设计参数。最后,在实验室搭建平台,验证了所设计制氢变流器的电气参数和控制方法的可行性和有效性。     

集成故障阻断能力的DC/DC自耦变换器

高压大容量DC/DC变换器是多电压等级直流互联的关键设备，能够实现电压变换和直流侧故障隔离等功能。使DC/DC变换器具备直流故障阻断能力，减少对直流断路器的依赖，能够在很大程度上降低建设成本。为此，提出一种基于半桥型模块化多电平换流器串联的DC/DC自耦变换器拓扑。在功率正送和功率反送两种工况下，分析DC/DC变换器两侧分别发生直流双极短路故障后的故障响应，并提出对应的故障隔离策略。针对不同工况下的双极短路故障，在PSCAD/EMTDC平台上进行仿真。仿真结果表明所提出变换器具备双向阻断直流故障的能力，与其他类型的DC/DC自耦变换器的对比分析结果验证了所提出变换器的经济性。     

级联式DC/DC变换器输出阻抗的优化设计与稳定性

级联式DC/DC变换器的稳定性是分布式供电系统设计中的重要问题.本文通过仿真和实验研究了单个DC/DC变换器的闭环输出阻抗的特性,提出源变换器输出阻抗的优化设计准则;在分析容性负载对变换器性能影响的基础上得出母线滤波电容的设计原则;并对实际的级联式DC/DC系统进行改进,采用注入电压源扰动法测试阻抗比,分析了系统的稳定性.实验结果表明,阻抗比的优化设计可以保证级联系统的稳定性.     

两级式双向DC/DC变换器的电流纹波抑制

双向DC/DC变换器作为储能电池和直流母线的桥梁,电流纹波问题越来越受到关注。首先分析了双向DC/DC变换器中输入电流纹波来源。由于并网使得输入输出功率不平衡,直流母线上存在二次脉动,若控制上无法有效调节母线电压的脉动,则输入电流会含有二次纹波。而当数字控制的精度不够时,每一次调节都会产生较大的量化误差,该量化误差会造成输入电流中的数字化纹波。针对上述问题,建立了小信号模型并对纹波进行了量化计算,提出了比例积分微分谐振(PIDR)控制并应用了高分辨率脉宽调制(PWM)技术。分析了LLC谐振变换器在并网软启时结电容过大导致的能量反灌问题,搭建s域模型,定量分析了开关管寄生电容对变换器的电压电流的影响,并选用结电容更小的SiC金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)解决了该问题。最后搭建了一台2 kW的双向DC/DC变换器,验证了分析和所提策略的有效性。     

具有短路限流能力的大变比DC/DC变换器

提出了一种具有短路自动限流和功率双向流动特性的大变比DC/DC变换器,该变换器适合作为接口电路用在高、低压直流线路之间。该DC/DC变换器以三电平方式工作,通过调节占空比和相移,可以改变其传输功率,并且可以实现功率的双向流动;电路以梯形波电流工作,实现了部分软开关,效率较高;在发生直流短路的情况下,流过开关管的电流峰值与正常工作时相等,实现了自动的短路保护。基于以上特点,设计了一个输入电压为12 kV、输出电压为1 kV、传输功率为100 kW的变换器,通过仿真研究验证了理论分析的正确性。     

一种基于CSC-VSC的DC/DC换流器及其控制策略

在能源互联网建设中,DC/DC换流器是实现不同直流电压等级的可再生能源并网的必要环节,引起了广泛的研究。DC/DC换流器的体积、成本、动稳态性能和故障性能是其广泛应用的限制因素。为此,提出了一种并网端采用有源电流源换流器、分布式能源端采用电压源换流器的front-to-front混合DC/DC换流器,其中CSC和VSC交流侧采用高频率正弦波调制。所提出的基于CSC-VSC的混合DC/DC换流器具有体积小、成本低、可穿越直流短路故障等优点。通过对混合DC/DC换流器数学模型的分析,提出了换流器参数设计方法,给出了换流器运行范围约束。再提出了一种适用于混合DC/DC换流器的综合控制策略,其中CSC采用有功无功闭环控制、VSC采用交流电压幅值闭环控制。利用RTLAB半实物仿真平台分别对混合DC/DC换流器额定运行工况和直流短路工况进行了实验研究,结果验证了所提混合DC/DC换流器拓扑和控制策略的合理性和有效性。     

利用负荷干扰测算铜川、耀县变电所母线短路容量的试验研究

通过在铜川变电所10kV母线和耀县变电所35kV母线投切两条馈线负荷的试验,分别测算了这两个变电站供电母线的短路阻抗,从而确定当时运行工况下母线的短路容量。本次试验说明,利用小干扰法可以进行供电母线短路阻抗、短路电流和短路容量的实际测试,干扰的产生可以是切变电站无功补偿装置,也可以是馈线负荷。只要保证有一定量的干扰,就可测出短路试验所需的有关参数,干扰量足够大时就可保证数据的准确性。     

直流微网储能DC/DC变换器的自适应虚拟直流电机控制

电力电子化的直流微电网自身缺乏惯性,当功率发生波动时,直流母线电压会产生较大突变,不利于其稳定运行。为了解决这一问题,虚拟直流电机控制被应用于直流变换器中来模拟直流电机的外特性,进而为直流微电网提供惯性支撑。但传统参数固定的虚拟直流电机控制在提供惯性的同时会牺牲系统的动态响应速度。针对这一问题,提出了参数自适应虚拟直流电机控制,并将它应用于储能端推挽式DC/DC变换器中。建立了系统的小信号模型,分析了转动惯量参数变化对系统的影响,并给出了参数的自适应调节原则。最后,搭建了仿真模型对不同控制方法进行了对比分析。仿真结果表明所提控制策略在为系统提供较大惯性支撑的同时,系统仍具有较快的动态响应速度。     

模拟直流电机调速特性的双向DC/DC变换器虚拟直流电机控制策略

传统虚拟直流电机VDCM(Virtual DC Machine)控制策略未考虑直流电机转速动态调节问题,不能够在直流母线电压变化瞬间起调节作用。对此,提出一种模拟直流电机闭环调速的储能侧双向DC/DC变换器新型VDCM控制策略。对直流电机与双向DC/DC变换器在数学模型和控制策略上进行联系等效与差异剖析,模拟直流电机定转子绕组间的电磁感应作用,将直流电机动态数学模型嵌入P-U下垂控制中,使其兼备电压动态调节能力和惯性阻尼特性。对采用新型VDCM控制策略前、后的作用效果进行对比,仿真和实验结果表明该控制策略能够在提升母线电压动态调节特性的同时,增强惯性调节和阻尼效果,在负载切换或分布式发电单元输出功率波动时维持直流微电网稳定运行。     

低压直流微电网新型主动限流器及控制策略

低压直流微电网中直流母线发生短路故障后,现有的被动式保护措施难以有效保护电力电子装置,并且当计及直流线路电感与变流器直流母线侧电容时,常规主动限流器会出现限流电感电流振荡的特性。详细分析了该电流振荡特性产生的机理,探究了系统参数变化对限流电感电流振荡峰值的影响。并提出了一种新型主动限流器拓扑结构及控制策略,该拓扑结构通过增加能量耗散支路,在限流器直流母线侧电容电压产生负压时导通,以此耗散能量,解决了电感电流振荡的问题。通过仿真与实验,验证了所提新型主动限流器对电感电流振荡特性抑制的有效性,且在不同工况下具有良好的鲁棒性。     

虚拟直流发电机励磁补偿控制策略

虚拟直流发电机(VDCG)功率协调控制策略将直流电机算法嵌入到DC/DC变换器控制回路中,使其模拟直流发电机运行特性,提升直流微网直流母线电压的动态稳定性。该控制通过功率分配环实现不同容量储能装置间的功率协调分配,但已有的VDCG功率协调控制策略均采用固定励磁磁通作为虚拟电机励磁系数,当再生能源输出功率发生波动或负载发生投切时,直流母线电压会产生稳态电压偏移。为消除母线电压偏移,在详细分析VDCG功率协调控制工作机理的基础上,提出虚拟直流发电机励磁补偿控制策略,通过实时补偿VDCG励磁,消除母线电压偏移,稳定直流母线电压。构建储能装置双机并联光储直流微网仿真及实验平台,分别在再生能源功率波动和负载投切情况下对传统固定励磁磁通功率协调VDCG控制及所提VDCG励磁补偿控制策略进行对比仿真及实验验证,证明所提控制策略的正确性。     

通信电源与站用直流电源整合问题探讨

随着智能变电站的推广建设,智能交直流一体化电源的应用越来越广泛,但是对于整合后通信设备的供电可靠性是否满足要求目前还存在疑问。针对通信电源采用DC/DC电源模块供电后存在的问题进行分析,提出在48 V直流母线加装一定容量电解电容的措施,以提高通信设备的供电可靠性,通过分析论证,通信电源与站用直流电源整合是可行的。     

双向全桥DC/DC变换器在直流微电网中的应用

双向变换器是微电网中的不可或缺的一部分,由DC/DC变换器将分布式电源、储能装置与负荷等构成的直流微电网,在未来供配电发展中会成为一种新的趋势。文中设计和制作了双向全桥DC/DC变换器,分析、计算和选择该变换器的功率器件及参数等,并进行了检验和参数调整。然后将该变换器其应用于直流微电网的锂电池组储能支路,实验结果表明,该双向全桥变换器能够正常工作,当直流微电网系统功率产生波动时,该储能支路能够与其他支路协调配合,稳定了直流母线电压,提高了直流微电网的稳定性。     

中低压直流配电系统的分散式统一控制策略

中低压直流配电系统由中压直流母线、低压直流母线、直流变压器等组成,具有多电压等级、多直流母线、多变换器的特点,系统的运行方式与协调控制策略更加复杂。文中以中低压直流配电系统为研究对象,提出了一种基于直流母线电压信号的分散式统一控制策略。直流母线上的光伏发电单元、储能单元、燃料电池单元均采用分散式控制策略,根据直流母线电压调整各自的工作模式。直流变压器采用统一控制策略,集功率控制、中压与低压直流母线电压调节功能于一身,直流变压器根据中压与低压直流母线电压偏差的标幺值,自动调节传输功率的大小与方向,从而实现系统的全局功率均衡。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了中低压直流配电系统的仿真模型,并对多种运行状态和场景进行了仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。     

直流配电网光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制

在含光伏的直流配电网系统中,传统的下垂控制在光伏出力变化的情况下,存在功率分配不均衡及母线电压偏差大等问题。针对光伏出力受环境因素影响较为严重,引起传统下垂控制效果变差这一问题,根据光伏出力变化情况自适应调节下垂特性曲线,使其在重载条件下实现功率的精确分配,在轻载条件下,实现母线电压的稳定控制。通过建立下垂控制输出阻抗模型,分析了下垂系数自适应变化对系统环流抑制能力及均流度的影响。在MATLAB/Simulink中搭建光伏直流配电网进行仿真验证。理论分析和仿真验证表明所提光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制能够按照光伏电源出力动态调节功率分配任务,在重载时可以提高系统功率分配精度,轻载情况下可以减小直流母线电压偏差。     

一种并联输入并联输出的宽范围双向隔离DC/DC变换器

目前,DC/DC变换器广泛应用于新能源发电、电动汽车以及锂电池化成分容等领域。针对低压大电流双向功率传输应用场合,提出了一种输入并联输出并联的宽范围双向隔离DC/DC变换器。该变换器由2个相同的两级式DC/DC变换器组成,前级采用高效率LLC谐振变换器作为直流变压器,以实现电气隔离;后级采用交错式Buck/Boost变换器,保证宽范围电压输出和高动态性能。所提变换器能够实现功率的双向传输,且采用了一种功率方向改变时,无需进行功率流向判断与开关逻辑切换的调制策略,简化了系统的控制策略并提高可靠性。设计了1台3 kW的实验装置,实验结果验证了所提变换器及其控制方法的可行性和有效性。