500KV直流PPLP绝缘充油海底电缆的研制

本文叙述传输功率２８００ＭＷ，电压±５００ＫＶ，电流２８００Ａ双极系统的５００ＫＶ直流充油海底电缆的研制。     

集成直流断路器功能的高压大容量DC/DC变换器

高压大容量DC/DC变换器是直流电网中电压变换的关键设备。提出一种集成直流断路器功能的高压大容量DC/DC变换器,利用变换器自身控制实现直流侧短路故障阻断功能,具有轻量化、低成本、高效率的优势。首先,分析该变换器的拓扑结构、工作原理,推导子模块、晶闸管、二极管等器件的参数设计依据;然后,提出闭锁子模块和晶闸管阻断故障电流的机制,设计适应于该变换器的控制方案;其次,分别针对正常工况与故障工况进行了仿真与实验验证,结果表明该变换器拓扑结构及控制策略的有效性;最后,通过与其他典型的集成直流断路器功能的DC/DC拓扑进行对比分析,评估所提变换器的技术经济性。     

基于容性能量转移原理的高压大容量DC/DC变换器

随着基于电压源型换流器的柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)技术的快速发展,十几年间世界范围内已建成数十个各种不同电压等级的VSC-HVDC工程。根据交流电网的发展历史,未来构建大规模直流电网是必然趋势。然而直流电网必须采用DC/DC变换器来充当直流变压器的角色,因此高效率、低成本的高压大容量DC/DC变换器是直流电网技术中亟待攻克的关键基础性课题。该文针对不同电压等级直流输电线路互联的技术需求,对经典低压DC/DC拓扑进行改造,推演出一系列基于容性能量转移原理的高压大容量DC/DC变换器拓扑,并揭示此类拓扑的演化规律和换流原理。相比传统变换器方案,该拓扑可降低器件数量,提升拓扑转换效率以及减小变换器体积重量。最后,通过仿真和实验验证基于容性能量转移原理的DC/DC变换器的可行性。     

直流电压等级序列的经济比较

提出了对±1 000、±800、±660和±500 kV直流输电电压等级的单位到网容量经济指标进行比较研究的方法,分析了不同电压等级直流输电的经济规律,测算了不同电压等级直流输电技术的经济输电距离,结果表明：±500 kV直流输电技术的经济输电距离小于1 100 km,±660 kV直流输电技术的经济输电距离为900~1 700 km,±800 kV直流输电技术的经济输电距离为1 200~2 700 km,±1000 kV直流输电技术的经济输电距离在1 800 km以上。文中的内容对于实现我国远距离大容量直流输电技术的标准化、发挥规模效益、使电网节能降耗等具有重要意义,对类似的研究工作也具有参考价值。     

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。     

中国交联聚乙烯绝缘高压直流电缆发展的三级跳: 从160 kV到200 kV再到320 kV

自2012年起,先后有±160 kV、±200 kV及 ±320 kV 交联聚乙烯（XLPE）绝缘的高压直流电缆投入了柔性直流输电工程应用或进入现场敷设。它们分别是：2013年12月投入运行的南澳三端柔性直流输电工程,采用37 km的±160 kV直流海底和直流陆地电缆,用于连接南澳岛大型风场与陆地电网;2014年6月投入运行的舟山±200 kV多端柔性直流输电工程,海底电缆总长度达到294 km;正在建设的厦门±320 kV柔性直流输电工程,电缆总长度21 km,计划于2015年12月投入运行。以上三项柔性直流输电工程的成功建设与运行,也使中国的挤出绝缘高压直流电缆在电压等级上实现了三级跳式的跨越。本文介绍了XLPE绝缘高压直流电缆研发过程中针对材料特性、空间电荷分布、脱气及测试方法等方面的研究成果。并简要介绍了三个电压等级电缆现有柔性直流工程中的应用情况。     

小湾至广东直流输电工程的规模和电压等级

本对云南小湾水电站至广东的直流输电系统的工程规模和电压等级作了探讨，对采用±６００ｋＶ直流电压时不同输电容量与不同导线截面的组合方案进行了技术经济比较分析，并对工程规模提出了建议。中提出了选择直流工程输电电压的经验公式，可供规划设计参考。     

新型混合式高压直流输电DC/DC变换器

针对高压直流电网中现有DC/DC变换器拓扑在成本、效率方面的不足,提出了一种基于模块串联技术以及晶闸管、二极管串联技术的混合式DC/DC变换器拓扑,以实现高压直流电网中不同电压等级的互联。对该拓扑结构的工作原理、控制策略、元器件参数设计、经济性等方面进行了全面的分析论证。最后,在MATLAB中进行了仿真,验证了所提DC/DC变换器的可行性。     

新型电压-电压PWM控制DC/DC变换器的研究

针对传统电压单环PWM控制电洲在输入电压大范围波动时存在输出电压幅值波动大、谐波分量大、动态响应较慢等特点，提出了一种能够适应输入电压大范围波动的新型电压－电压PWM控制策略，并给出了其在Buck电路中的实际应用控制规律。仿真结果表明该新控制策略精度高，效果明显。     

单级功率因数校正AC/DC变换器

详细分析了一种单级功率因数校正ＡＣ／ＤＣ变换器,通过增加变压器绕组反馈直流总线电压,以抑制输入高压、轻载情况下过高的直流总线电压。在交流输入电压为１８０￣２５０Ｖ、输出为４８Ｖ／１００Ｗ情况下,直流总线电压被控制在４００Ｖ以下。输入电流谐波满足ＩＥＣ１０００－３－２ Ｃｌａｓｓ Ｄ要求,效率为８５％,功率因数达０．９１。     

建筑直流供电交错并联 DC/DC变换器模型预测控制策略∗

在能源需求和环境保护的双重压力下,燃料电池等分布式发电技术广泛应用于建筑中提供直流电能.针对燃料电池动态响应速度较慢,输出电压具有软特性,无法应对即时负载的瞬时变化,设计出应用于建筑直流供电系统的交错并联DC/DC变换器,用于调节燃料电池的功率输出;引入模型预测控制(MPC)思想对DC/DC变换器进行控制,采用PI控制和模型预测控制相结合的方法,与传统的双闭环控制相比,模型预测控制使输出电压能够准确追踪给定值,直流母线电压超调大大减少,电感电流纹波大大减少,动态响应性能大大提高.最后通过试验证明了该控制方法的有效性.     

小湾水电站直流输电电压等级探讨

云南小湾水电站总装机容量4200MW,将采用直流输电方式向广东送电,设计直流输电容量为3000MW,输电距离约1500km。根据国内外直流输电工程现状,结合直流输电线路的导线截面选择,对小湾水电站直流输电应采用±500kV还是±600kV电压等级向广东送电进行了研究,并对采用±600kV直流输电电压的可行性进行了分析。     

±1000kV特高压直流电流互感器选型及结构设计

直流输电作为一项成熟、可靠的大容量、远距离输电技术,在中国跨省、区联网工程中发挥了重要作用。随着特高压±800 kV直流输电工程的顺利开展和实施,更高电压等级±1 000 kV直流输电技术的发展成为可能。直流互感器是供直流输电系统用电能计量、电量监测、电力系统控制与保护的重要装置,由于直流互感器的技术比交流互感器复杂,制造难度大,国内用量少,且事故率很高,所以一直没有得到推广,特高压±800 kV云南—广东和向家坝—上海直流工程中直流互感器均依赖于进口,中国未掌握核心技术。为推进特高压直流设备国产化进程,使得±1 000 kV直流电压等级的直流互感器研究成为必然。笔者在对比分析目前直流互感器的类型,同时又参照±800 kV直流工程中直流互感器的运行情况的基础上,对于±1 000 kV直流互感器进行了选型及结构分析。分析结果表明:±1 000 kV特高压直流互感器的研究在世界上尚属首次,研究成果对于±1 000 kV直流电网的建成与否起到极其重要的作用,中国掌握核心技术,大量节省工程建设资金,使中国的直流互感器技术达到世界领先水平。     

直流断路器

自1954年瑞典首建96公里高压直流线路以来,高压直流输电,对长距离、大容量输电和联网工程已是一个极为重要的、可以供选择的优越方式。美国太平洋联线,长达1360公里,输送能力为1440兆瓦,电压为±400千伏,是当今世界上容量最大、线路最长的直流线路。目前苏联正在架设一条电压为1500千伏,长度为2400公里的超高压直流输电线路。它的输送能力预计为6000兆瓦,年输电量为420亿瓦小时。我国已经引进直流设备并建设葛洲坝至上海±500千伏直流输电工程。     

可隔离直流故障的直流电网用DC/DC变换器拓扑

直流电网作为光伏和风电等新能源汇集的重要手段,近些年获得了快速发展。DC/DC变换器作为直流电网中电压变换和隔离直流侧故障的关键设备也日益受到关注。提出了一种适用于直流电网的可隔离直流故障的新型DC/DC变换器拓扑,该拓扑基于半桥模块化多电平换流器型DC/DC变换器,增加故障转移支路,发生直流故障时更易切断故障电流,同时提出了其故障隔离策略。对比该拓扑与半桥式DC/DC变换器的技术性和经济性差异发现,当DC/DC变换器出口侧连接有多个换流站时,提出的DC/DC变换器方案不仅可以更快地切除故障线路,还减少了故障隔离对于直流断路器的依赖。在PSCAD/EMTDC中,针对两个直流电网的典型场景,进行了直流双极短路故障仿真。仿真结果表明,所提出的拓扑具备直流故障穿越能力,非常适用于大规模直流电网系统。     

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。     

微功率DC／DC升压变换器LT1615／LT1615-1

在液晶电视中，电源电路输出的各路电压均较低（＋5V、＋12V或＋24V），不能满足高频调谐器所需调谐电压的要求（＋33V）。为此，在调谐电压供电电路中引入了微功率DC／DC（直流／直流）升压变换器其中，LT1615／LT1615-1微功率增强型DC／DC升压变换器最为常见。     

可编程控制器输入信号的DC/DC变换

可编程控制器在高于24V的直流电压等级控制回路中应用时需解决输入模块的电压变换和谐波干扰等问题。介绍基于直流110V电压控制回路的一个应用。     

直流微网双向DC/DC变换器的电容电荷平衡控制策略

由微源和负载等的功率波动引起的直流母线电压波动,成为影响直流微网电能质量的重要因素。通过双向DC/DC变换器连接超级电容等储能设备,可进行功率平衡调节,以保证直流微网母线电压的稳定。为实现直流微网母线电压的快速恢复,采用了一种基于电容电荷平衡控制的复合控制策略,并推导出一系列理论方程来设计相应的复合控制器。最后通过PSIM仿真验证了复合控制策略的快速性和有效性。     

非隔离型模块化多电平DC/DC变换器的最小化桥臂环流控制

用于中高压直流电压转换和直流电网互联的高压大功率直流变压器一般采用中间交流变压器,存在损耗高和体积大等不足。对一种非隔离型的模块化多电平DC/DC变换器进行了研究,与普通双有源桥式DC/DC变换器相比,避免了交流变压器的存在。首先分析了此变换器的工作原理,建立了变换器的等效数学模型。考虑子模块电容电压存在特殊的不平衡,变换器需要引入交流循环电流,提出了一种保证桥臂功率均衡的最小化桥臂环流的控制策略,减小了桥臂电流的交流分量,降低了变换器的损耗。在Matlab/Simulink中仿真验证了变换器的性能和最小环流控制策略的有效性。最后搭建实验平台进行了实验验证。