大功率电力电子装置等效试验方法及其在电力系统中的应用

大功率电力电子装置核心组件试验的目的是验证其符合设计准则,并确保大功率电力电子装置在正常及故障条件下都能完成预定的工作目标而不至于损坏或影响到所接入的电力系统。随着电力电子装置在电力系统中的广泛应用,大功率电力电子组件的试验技术已成为电力电子技术发展和工程应用极其重要的组成部分。电力电子装置容量的日益提高使得很难直接在电力系统中进行试验,等效试验成为必然的选择。由于其自身的高度复杂性,大功率电力电子组件等效试验方法的研究通常比传统电力设备更复杂、难度更大。大功率电力电子组件试验等效分析的目的是：首先从机理上保证在一定的试验条件约束下,试验方法及试验装置产生的电流、电压、机械和热应力等应与被试电力电子装置在实际运行中所遇到的各种工况具有等价效果;其次是利用必要的试验条件对试品耐受能力作出合理的评价。文章重点对大功率电力电子装置的等效试验机理、等效试验方法和技术应用进行了全面研究,相关研究成果已成功地推动了灵活交流输电技术和高压直流输电技术的工程化进程,为电力系统电力电子技术在中国电网成功应用奠定了重要的理论基础和实验平台。     

LSF-Z型密闭式纯水冷却系统的研制与应用

LSF-Z型密闭式纯水冷却系统主要由电气控制回路、主循环冷却水回路和副循环去离子回路构成。分析了其工作原理及水风换热器、主循环水泵和主过滤器等主要零部件的功能,介绍了该系统出厂前的试验项目及试验内容。通过实际工程应用表明,该系统能够满足高压大功率电力电子装置的冷却要求,保证了电力系统安全稳定地运行。     

大功率电力电子装置试验方法论

大功率电力电子装置试验研究一直处于比较混乱的状态,需要在方法论的层次找出其内在规律.本文分析了大功率电力电子试验及其方法论的哲学内涵和外延,阐述了试验活动的范围、模式,试验方法的本质特征、结构和分类、目标和层次的确定,试验的历史观和发展观,试验中的数学、系统方法论、试验方法的运用以及试验方法等效分析和试验评估,揭示了试验的一般方法和规律,为大功率电力电子装置的试验和应用提供了哲学高度的理论基础.     

电力电子装置高压阀的电介质试验

我国的电力发展战略需要大量使用电力电子装置,电网的安全稳定运行要求电力电子装置在投入前必须进行严格的试验。电力电子装置高压阀是电力电子装置的核心部件,也是最脆弱的环节,是试验的重点。为此介绍了大功率电力电子装置阀(SVC阀、TCSC阀、STATCOM阀和HVDC阀等)的电介质试验,包括IEC标准对试验的要求、试验装置、仪器、局部放电测量方法、测量仪器等。以莱阳钢厂晶闸管控制电抗器(TCR)型静止无功补偿(SVC)工程为例介绍了试验方法在实际工程中的具体应用,给出了试验波形。工程应用的结果证明了试验方法的实用性和有效性。     

大功率电力电子装置试验方法及其等效机理

大功率电力电子装置试验方法的理论研究一直处于混沌状态,需要有系统化的理论指导。该文基于电力电子装置的特点,分析了试验目标与层次的确定、物理试验方法、可靠性试验等,提出“数字辅助试验”的概念。建立用于试验等效机理研究的数学模型,提出试验等效的原则,分别阐述了用于试验等效性分析的解析法、灵敏度法、目标函数优化法和相似理论法,给出等效机理的评价方法,并分析了试验装置的设计原则和方法。为今后各种大功率电力电子装置的试验方法及等效机理的研究提供了理论基础。     

高压直流输电用电力电子装置的短路电流试验系统研究

通过研究国内外换流阀短路电流试验系统的发展现状,结合实际工程需求,文中提出了一种适用于高压直流输电用电力电子装置的短路电流试验系统建设方案,并且通过建模仿真、参数计算、等价性论述对该方案的可行性进行论证。结果表明:该短路电流试验系统方案输出的短路电流波形满足标准要求,幅度满足工程需求。该高压直流输电用电力电子装置短路电流试验系统方案的提出为后续短路电流试验系统的建设奠定了技术基础,该短路电流试验系统方案也可作为其他电力电子装置短路电流试验系统建设的一种参考。     

电动汽车驱动系统EMC问题研究现状

由于电动汽车的车内存在大功率、大电流的驱动系统,电磁干扰特性同传统车辆相比有很大不同.大功率的电力电子装置在运行过程中会产生很强的电磁干扰,可能会使整车运行不稳定或影响车载或车外附近电气设备的正常工作.目前还没有专门针对像电动汽车驱动系统这样大功率、大电流零部件的电磁兼容标准,传统的电磁兼容检测方法和试验布置也不再适用...     

相似理论在大功率电力电子装置试验中的应用

大功率电力电子技术的产业化需要强有力的试验支持，而容量不断增长的设备很难直接在电力系统中进行试验，必须采用等效的方法和试验系统。因此试验等效性的研究尤为重要。相似理论是描述各种现象相似原理的学说。该文将相似理论的原理和方法应用于大功率电力电子装置试验的等效性研究，提供了一种新的手段。简单介绍了相似理论及其在试验等效研究中的应用；分别应用定律法、量纲法和方程法3种相似分析方法针对不同试验研究对象的特点进行了分析和研究，并给出了2个实例，根据不同的试验目的，2个实例中试品的相似处理也不同；最后应用相似畸变的概念，对等效误差进行了分析。     

电力电子机柜内部温度优化分析

电力电子装置常放置于封闭机柜内作为一个功能单元,组合为成套电力电子装置。其内部IGBT、PCB板卡等电力电子元件对环境温度比较敏感,做好机柜内部的环境温度控制比较关键。机柜的散热方式包括自然散热、强制风冷对流散热、水冷散热等。针对一款采用自然散热的电力电子机柜,通过试验得出其在自然散热条件下,不能满足散热要求。为此,提出增加机柜内风机进行强制对流的方案,仿真结果表明该方案可降低机柜内部设备处的空气温度,对于电力电子机柜开发设计提供了一种思路。     

大功率电力电子水冷系统设计校核程序的开发和应用

纯水冷却技术是大功率电力电子装置冷却的主要技术,纯水冷却系统准确合理的设计、稳定可靠的运行同电力电子装置同等重要。冷却系统的压力损失计算和水泵扬程的匹配对设备的安全稳定运行至关重要,对设备制造和运行成本的控制有着重要意义。介绍一款用于水冷系统设计校核的软件,能够迅速计算整个水冷系统的压力损失,并对主循环水泵进行准确选型,不仅提高工作效率,确保设计质量,而且对水冷系统制造和运行成本的控制也起到积极作用。     

VSC-HVDC大功率拓扑结构研究

针对VSC-HVDC系统在高压大功率应用场合下存在损耗大、直接串联电力电子器件数量巨大并引起可靠性差的问题,在分析现有VSC-HVDC拓扑与大功率化方法的基础上,从降低电力电子器件直接串联数目、器件开关频率和简化主电路拓扑结构3个方面出发,提出了一种大功率多模块式VSC-HVDC拓扑。换流器模块工作在相对较低的开关频率下,因此可以选用高压大电流、低导通损耗而开关频率却相对较低的开关器件如IGCT等。设计了基于该系统模型的控制系统并确定了其控制策略。仿真结果证实了提出的VSC-HVDC拓扑及其控制策略的有效性。     

一种大容量变流器

为了提高高压大容量变流器的输出精度和可靠性,提出了一种采用不同类型器件组合的变流器新方案,即主电路每个桥臂上侧采用m只低速开关的大功率电力电子器件IGCT(ETO)串联,下侧采用n只高速开关的大功率电力电子器件IEGT(IGBT)并联。该结构除了增大变流器单元容量外,上侧串联的IGCT(ETO)可防止全部由IEGTI、GBT并联产生的直流源短路,且即使其中一个器件损坏,变流器仍能正常运行,便于事故报警后及时更换所坏器件,防止事故扩散,故可靠性高;同时,脉宽调制(PWM)控制采用分时处理技术,定量分析了采用分时处理技术对器件发热量以及载波信号极限频率的影响。最后,给出了由不同类型器件组成的二电平变流器的实用电路,并对实现该方案的不同类型器件的参数匹配进行了探讨,为今后设计、使用此类变流器提供参考。     

DNB高压电源CROWBAR系统研究

为在中性束诊断(DNB)系统打火等严重故障时及时撤除高压以保护系统设备和人员安全,分析了撬棒(CROWBAR)保护系统作为HT-7托卡马克DNB系统高压电源最关键的后备保护系统,针对DNB系统50 kV的高压和恶劣的电磁环境,用大功率引燃管组成的撬棒保护系统并联在DNB高压电源上,故障时导通引燃管将高压电源直接对地短路泄放能量,保护DNB系统设备。通过分析引燃管的参数和触发特点设计的新引燃管触发电路和通过串联水电阻以限制短路电流的方法解决了撬棒保护动作时产生的短路大电流干扰其他电子设备引起的元器件损坏。测试实验和HT-7托卡马克上的DNB实验都表明撬棒系统工作时对周边设备的干扰大大降低,没有造成元器件损坏,该撬棒系统运行可靠稳定,能够满足HT-7和EAST对DNB系统的运行要求。     

基于电流型PWM整流器的电子模拟负载系统研究

提出一种采用电流型PWM整流器实现的电能反馈型电子模拟功率负载系统.基于DSP的控制方法使得所研制的电子模拟功率负载在实现电能的再生馈网时功率因数趋近于-1.0,且电压和电流谐波满足IEC1000-3-2标准.实验结果证实了该方案能很好的解决直流电源试验问题.     

某LED开关电源的高加速寿命试验(HALT)研究

LED作为新兴固态照明系统,其驱动电源的可靠性也引起了广泛的关注。高加速寿命试验作为可靠性强化试验,可以在较短时间内激发电子系统的故障模式。文中以某LED驱动用开关电源为对象,对其高加速寿命试验进行了研究。首先分析了该电源的基本结构与工作原理,确定其失效判据。设计了随机振动步进应力试验方案,得到该电子系统的可靠性薄弱环节,为其可靠性设计提供依据。     

高压电力系统智能无功柔性补偿技术的研究

针对并联电容器作为无功功率补偿装置时所出现的一些问题,笔者在TCSC补偿技术基础上,提出可控并联电容(TCPC)的控制技术,通过降压的方法在低压侧利用电力电子器件对高压系统实行无功柔性补偿。该补偿模块不仅能够消除因电力电子器件而产生的谐波,而且还能有效地解决在高压系统中晶闸管的耐压问题。模块是分相设计的,因而可在一定范围内对三相不对称系统进行补偿。模块吸收连续可调的无功和有级电容共同作用,有效解决现行系统中有级投切振荡、不易控制等问题。有级电容的投入采用"循环投切"的方式,投入无涌流,可有效地延长补偿电容的使用寿命。系统的无功电流、功率因数等参数的测量及触发脉冲的产生采用CPLD来实现。结果表明,利用CPLD不仅可提高系统运行的稳定性和控制的准确性,而且还节省了硬件资源。由于无级模块是可实现分相调节,从而可实现在一定的范围内对三相不对称负荷的快速无级柔性补偿。     

电子式电流互感器的一种高压侧低功耗信号调制方法

高压光纤电流互感器高压侧大多采用激光供电方式。为了提高系统可靠性,要求高压侧电路功耗尽可能低,对高压侧信号调制方法提出了较高的要求。相对于一般的A/D转换电路,V/F转换电路结构简单,功耗低,并且转换速度可以满足计量及稳态保护的要求。介绍了一种基于V/F转换原理的空芯电流互感器高压侧信号调制方法,并在低压侧实现解调。经试验,系统线性度在5%～120%额定输入测量范围内达0.04%,高压侧电路功耗仅23mW。     

大功率能量回馈型交流电子负载及其在电力系统动模实验中的应用

研究了基于现代电力电子技术的交流电子负载的控制方法和策略;为提高电子负载的动态性能,提出采用数值计算的方法得到实时参考电流,并给出了该方法的数值收敛域;提出将定阻抗工作模式下的电子负载应用于动模实验中模拟输电线路、用电负荷以及短路实验.仿真和实验结果表明,采用的控制策略和方法是有效的,所设计的实验样机不但能在定阻抗工作模式下有效地模拟恒定和突变的阻抗,而且还能将电子负载吸收的能量回馈电网,节约电能.本文所做的工作拓宽了电子负载的应用领域,是今后电力系统动模实验的发展方向之一.     

大功率脉冲磁场电源系统

本文描述了中国环流器2号A(HL-2A)装置磁场电源系统,并介绍了电源的控制系统和实验结果。磁场电源总脉冲容量近250mV·A,一次放电脉冲释能1200mJ,电源主回路主要由飞轮脉冲发电机、晶闸管变流设备、硅整流器等组成。实验表明,磁场电源的性能指标能够满足装置实验的要求。