面向中高压智能配电网的电力电子变压器研究

分析了电力电子变压器(power electronic transformer,PET)的国内外研究现状,以及面向中高压电网的已有PET拓扑的特点。在此基础上,基于模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC),提出了面向中高压智能配电网PET的一种新型拓扑。与传统的PET电路拓扑相比,新型拓扑的优势在于其可以减少电力电子开关器件的数量;更重要的是,可以显著减少高频变压器的数量,具有更好的体积及重量优势。同时,分析了该拓扑PET的工作机制及不同电能转换环节的控制策略设计方法。10 kV/380 V配电网用PET样机上的仿真及试验结果表明了所提拓扑及其控制策略的可行性。     

配电网中的电力电子变压器研究

针对电力电子变压器(PET)在配电网中的应用,采用三级拓扑结构,提出一种新方案。输入级高压为三电平整流电路,以降低元器件耐压等级,采用无功功率和高压整流输出电压闭环,以实现无功可调和稳定高压侧的直流电压;隔离级采用高频变压器,其高压侧为三电平拓扑,低压侧为二极管整流,实现从高压到低压的dc/dc变换和隔离目的,而且通过输出电压闭环控制确保低压直流侧电压恒定;输出级低压为二电平三相逆变电路,采用输出电压闭环以控制期望的电压。采用三级控制分别对应三级电路,以实现系统输入电流正弦、负荷侧供电电压恒定,灵活传输有功,向电网注入无功等功能。详细介绍了所提出的PET系统各部分工作原理,并基于Matlab/Simulink建立了仿真模型,以DSP TMS320F2812为基础构建了实验平台,仿真和实验结果验证了该PET系统可行、有效。     

面向智能配电网的电力电子变压器研究

电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)是一种新型的电能转换工具,它不仅具备传统变压器变压、隔离的基本功能,而且还兼具电能质量控制的功能。文中基于电力系统的高效环保等目的,提出了一种适用于智能配电网的电力电子变压器,分析了一种三级式拓扑结构,针对三级式拓扑结构,研究控制策略的实现,揭示了电网与负载之间能量交换机理。基于上述研究搭建了一台100 k W 600 V/220 V三相四线制实验样机,经实验结果验证文中所述的三级式拓扑结构与控制策略是可行的,且具有一定的参考价值。     

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。     

基于电子电力变压器的配电网电压无功综合优化控制

将电子电力变压器EPT(Electronic Power Transformer)用于配电网,进行电压无功综合优化控制.电子电力变压器具有如下优点:可以发出和吸收无功,具有高度可控性;可以始终保持副方输出电压幅值恒定,不随负载变化且平滑可调;原方功率因数可调等等,这些都是常规的有载调压变压器(OLTC)所不具有的.但是,与常规OLTC的仿真研究不同,在含EPT的配电网无功优化中,遗传算法输出的控制变量是EPT原副方VSC的PWM调制系数和调制相角.另外,为了提高优化速度,文中还对简单遗传算法做了改进,改善了算法的收敛特性.算例分析表明,EPT取代配电网中常规的OLTC可有效降低网损,改善副方电压质量,大大减少无功补偿设备的投资费用,从而更好地满足用户对电能质量的要求.     

基于电子电力变压器的配电网电压无功综合优化控制

将电子电力变压器EPT(E lectron ic Power Transform er)用于配电网,进行电压无功综合优化控制。电子电力变压器具有如下优点:可以发出和吸收无功,具有高度可控性;可以始终保持副方输出电压幅值恒定,不随负载变化且平滑可调;原方功率因数可调等等,这些都是常规的有载调压变压器(OLTC)所不具有的。但是,与常规OLTC的仿真研究不同,在含EPT的配电网无功优化中,遗传算法输出的控制变量是EPT原副方VSC的PWM调制系数和调制相角。另外,为了提高优化速度,文中还对简单遗传算法做了改进,改善了算法的收敛特性。算例分析表明,EPT取代配电网中常规的OLTC可有效降低网损,改善副方电压质量,大大减少无功补偿设备的投资费用,从而更好地满足用户对电能质量的要求。     

基于MMC拓扑的电力电子变压器研究综述

模块化多电平电力电子变压器将模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)与电力电子变压器(power electronic transformer,PET)相结合,在中高压大功率电能变换领域展现出广阔的应用前景。文中重点聚焦基于MMC拓扑的PET,首先回顾PET的发展历程,然后分别从系统级拓扑和MMC子模块拓扑两个方面对国内外最近研究进展进行归纳整理和分析对比。在此基础上,总结模块化多电平PET的控制架构、控制方法和故障隔离与容错策略。最后,探讨模块化多电平PET存在的关键问题和拓展研究方向。     

配电网电力电子变压器技术综述

为弥补传统电力变压器在智能电网中的不足,基于电力电子技术的电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)得到人们的大量关注.介绍了目前国内外PET相关的主要技术,对PET拓扑结构做了对比与分析.经分析讨论认为,配电网中PET的拓扑结构应当根据实际情况灵活配置,模块化多电平变流器型三级...     

基于模块化多电平换流器的多端口谐振型电力电子变压器

适用于直流配电网的电力电子变压器(PET)需要中压直流端口,而现有基于模块化多电平换流器(MMC)结构的PET拓扑可同时提供中压交流、中压直流、低压直流和低压交流端口,但这类PET需要四级电能变换,使得电路结构复杂,体积和重量较大。文中提出了一种适用于直流配电网的多端口MMC谐振型PET拓扑。该拓扑采用混频调制策略,同时在MMC桥臂支路中并联一组LC谐振支路、中频变压器和全桥电路实现中压直流和低压直流端口的功率解耦输出。该PET拓扑仅使用三级电能变换即可提供所需的多端口特性,具有电路结构简单、体积重量较小等优势。针对该PET拓扑,提供了等效电路分析、控制策略和参数设计方法。最后,通过仿真和实验结果验证了该PET拓扑的可行性。     

配电网中电压暂降源的检测方法比较

电压暂降因为对敏感设备的危害而成为最受关注的电能质量问题之一。电压暂降源的检测对电能质量故障检测、诊断及缓和策略的制订十分必要,并有助于合理解决电力部门与用户之间的纠纷。对现有的基于扰动功率和扰动能量,基于等效阻抗实部符号,基于不同故障类型等电压暂降源检测的方法进行了详细的分析,比较了它们各自的特点;在总结目前电压暂降源检测方法的基础上,对今后的配电网电压暂降源检测方法研究工作进行了展望。     

考虑电压暂降风险的高压配网动态无功容量优化配置

高压配网系统中,结合敏感负荷特性,引入电压暂降风险作为电压稳定的考虑对象。选用STATCOM进行动态无功补偿,从暂态研究电压稳定。建立无功优化的单目标函数模型,将电压暂降损失、线路有功损耗、动态无功补偿装置费用经济量化相加。设定多组无功容量并求取相应的总支出费用。通过Matlab软件对费用和容量进行曲线拟合,以计算最优容量。最后以广东电网某片区进行实例仿真,求取对应的最优解,结果显示在提高电力系统的安全可靠性同时也大大降低了经济成本。     

基于正序电流故障分量相位比较的电压暂降扰动源分界

准确判断电压暂降扰动源的相对位置,对界定供用电双方责任以及制定治理措施提高供电质量具有重要意义。文中提出了基于正序电流故障分量相位比较原理的配电网电压暂降扰动源分界方法。通过建立不同位置发生不同类型故障时的正序故障分量等值网络,分析变电站内所有进出线的正序电流故障分量相位分布与故障位置间的关联关系,进而构建基于正序电流故障分量相位比较的电压暂降扰动源分界判据及其动作边界。该方法进行电压暂降扰动源分界时仅利用站端进出线的电流信息,测量信息获取方便,具有很好的工程应用前景。基于PSCAD建模仿真,验证了短路故障、相位跳变以及负荷扰动情况下,文中所提电压暂降扰动源分界方法效果较佳。     

面向配电网电压暂降治理的线路改造优化模型

线路改造是在电网侧进行电压暂降治理的主要方式之一。为了经济、合理地确定线路的改造位置和治理方式,建立了面向配电网电压暂降治理的线路改造优化模型。针对断路器重合闸和熔断器配合保护的配电网,考虑故障位置、故障类型等因素,讨论分析了10种典型的保护动作配合方式,评估了配电网电压暂降持续时间。结合传统电压暂降幅值的计算方法,计算线路改造治理方案的成本及效果。考虑用户电压暂降耐受能力,建立了用户生产中断次数评估模型。定义了电压暂降总支出,以总支出最小为目标,计及技术约束、经济约束、治理范围约束和风险域约束,建立了面向配电网电压暂降治理的线路改造优化模型,并基于人工蜂群算法进行模型求解。以IEEE 33节点系统为算例,考虑治理投资成本充足和不足2种场景,通过仿真验证了所提方法的正确性和实用性。     

基于改进K-means聚类的配电网电压暂降频次估计法

传统考虑保护动作特性的电压暂降频次估计法需要获取详尽的保护配置信息,然而配电网保护配置多样,在不同因素如过渡电阻、运行方式、故障类型等的影响下,阶段式保护各级保护区可能产生较大变化,采用传统方法对电压暂降持续时间进行评估可能会产生较大误差。文中提出一种基于改进K-means聚类的配电网电压暂降频次估计方法,在未知线路保护配置基础上,基于电压暂降历史监测数据与保护动作信息,采用改进K-means聚类算法,对电压暂降幅值-持续时间进行聚类分析,推断线路保护配置情况,计算保护动作时间与保护动作电压。根据计算结果,在考虑不同故障类型、不同运行方式及不同过渡阻抗的情况下进行配电网电压暂降频次估计。在IEEE RBTS-6母线测试系统的母线5配电网中进行仿真,验证了文中方法的有效性和优越性。     

直流配电网电压控制技术综述

随着分布式可再生能源的快速发展以及电动汽车、数据中心等大量直流负荷的普及,交流配电网的运行和管理受到了挑战。直流配电系统潮流灵活可控,可闭环运行,供电方式多样,具有更广阔的应用前景。但是,相比交流系统的控制,直流配电系统的控制更加复杂。直流电压作为衡量直流配电网有功功率平衡的唯一指标,其稳定控制对直流配电网的可靠运行至关重要。文中首先列举了直流配电网的典型拓扑结构和直流电压等级序列;然后,总结了直流配电网中关键设备电力电子变流器的控制技术;接着,梳理了直流配电网的传统电压控制策略,并对目前一些改进的直流电网电压控制策略进行了深入分析和总结。最后,指出了直流配电网电压控制需要重点关注和解决的问题,可为未来直流配电网直流电压控制的进一步研究提供思路和借鉴。     

基于端口补偿法的配网故障下主配网暂降分析

针对目前配网短路故障计算仅考虑配网部分的变化而未能反映主配网耦合关系及变压器影响的问题,提出一种基于端口补偿法的主配网暂降分析方法。根据配网拓扑和运行数据建立配网常态模型。并根据配网故障信息建立配网故障模型,结合变压器三序模型计算配网在变压器高压侧母线处的等值。建立主网模型时将配网常态等值计入主网节点导纳阵中,应用补偿法计算故障下的配网等值模型变化量对主网状态的影响。该影响值与故障前的网络状态量叠加后确定主网暂降状态,进而确定配网暂降状态,最终实现主配网暂降分析。通过对某城市电网系统进行仿真计算,验证了所提算法的可行性和有效性。     

低压配电网零线电压分布的研究

我国低压电网用电采用380V／220V三相四线制供电系统。由于零线不与地线直接相连,为了保护用户,防止发生触电事故,通常还需要单设一条地线将用电设备接地。但是很多地方的楼宇住宅没有地线或者地线接地不是很好,在使用电器设备时就存在着一定的安全隐患。在三相负荷对称的情况下,零线与大地电位相等,但是当三相负荷不对称时,零线的电位将出现偏移。本文通过理论分析和Matlab／Simulink软件仿真计算了零线上的电压分布情况,计算结果表明零线上的偏移电压不会超过36V,不会对人体造成危害。在电器设备的设计中虽然零线不能代替地线的使用,但可以用零线当作地线的备用,对低压电器设备的安全运行起到辅助作用。     

风电用变压器型电压跌落器及保护系统的研究与设计

风电机组并网运行前,需要进行低电压穿越能力的测试,专门的电压跌落模拟装置必不可少。基于此,研究了一种风力发电用变压器型电压跌落装置,可以模拟不同类型的故障,实现不同深度的电压跌落,电压跌落持续时间可调。为保证电压跌落测试系统能安全可靠工作,设计了完备的故障保护系统。通过建模仿真与现场测试实验,该装置可以满足实际工程需求,为风电机组低电压穿越测试中电压跌落装置实现方案提供选择与参考。     

基于动态时间弯曲距离的电压暂降源辨识方法

为了实现对各类型电压暂降源的准确辨识,从波形相似性检测的角度提出了一种基于动态时间弯曲距离的电压暂降源辨识方法。通过仿真模型分析了基本电压暂降和经不同类型变压器传播后各类暂降的波性特征,构建了电压暂降类型与暂降原因及变压器类型的映射关系。利用9种电压暂降波形数据构建匹配库,采用动态时间弯曲距离法将实测的电压暂降波形数据与匹配库波形数据进行匹配分析,实现电压暂降源的辨识。仿真分析的结果表明,该方法能够对电网中出现的各种类型电压暂降进行辨识,具有较高的准确性和有效性,满足工程应用的需求。