基于器件的结温变化评估风机中参数差异对网侧变流器可靠性的影响

风电变流器的可靠运行是风能转换系统中的重要关注对象。然而现有文献评估器件结温对变流器可靠性的影响时,却没有重视结温波动的影响,以致往往高估了风电变流器的可靠性。该文基于永磁同步风力发电机工作的恶劣环境,分别从切入运行风速、额定风速、切除停机风速、开关频率及功率因数的变化,造成变流器中器件结温幅值及其波动差别的角度出发,利用Coffin-Manson器件可靠性评估模型,评估网侧变流器可靠性的差异。以1 MW风机结合实际风速数据为例进行分析论证,结果验证了理论分析的正确性。统计数据结果表明,额定风速及开关频率的变化对变流器可靠性的影响比较大。为了实现变流器的高可靠运行,风机宜在低风速切入运行,尽可能高的风速切除停机。     

考虑基频结温波动的风电变流器可靠性评估

目前风电变流器可靠性评估,无法在考虑实际风速、气温等外部环境长期随机变化的情况下考虑基频结温波动对变流器可靠性的影响。文中提出一种结温迭代算法,可以快速数值计算出功率模块结温。该方法与结温电热仿真方法相比,在保证计算精度的同时能大大缩短计算时间。文中以1.2MW直驱风力发电系统为例,利用提出的结温数值计算方法并结合实际风速和气温数据快速计算整年器件结温,采用Bayerer寿命模型和线性累计损伤理论实现了计入基频结温波动的风电变流器可靠性评估。最后还对可靠性计算结果进行了验证,对比分析了机侧和网侧变流器的可靠性差异、低频和基频结温波动对变流器可靠性的影响。结果表明,大功率直驱风力发电系统,机侧变流器可靠性问题更为严重,且基频结温波动对变流器可靠性的影响不容忽视。     

考虑不同时间尺度的风电变流器功率模块可靠性评估模型

考虑到变风速运行下风电变流器功率模块的结温波动既受到风速的影响,同时也存在由换流引起的基频结温波动。为了综合衡量这两个时间尺度下结温波动对变流器可靠性的影响,提出考虑不同时间尺度下结温波动特点的可靠性评估模型。针对受风速影响较大的长时间尺度结温波动,根据FIDES可靠性评估导则,引入热应力因子和温度循环因子对不同风速均值、风速湍流强度运行状态下的可靠性影响进行评估。针对由换流引起的短时间尺度下的基频结温波动,采用多状态概率评估思想将风速大小进行概率划分,并基于功率模块失效机理评估不同风速对功率模块故障率的贡献。最后,以某风场变流器为例,对其可靠性进行评估,并分析设计参数对可靠性的影响。文中结论对于制定检修计划,提高功率模块设计可靠度提供了依据。     

风速记录差异对评估风电变流器可靠性的影响

风速的随机变化使得风电变流器中器件的结温产生波动,影响变流器的可靠运行。现有文献依据每小时的风速记录来评估风电变流器的可靠性,忽略了每小时内风速的频繁变化对变流器可靠性的影响,这会高估风电变流器的可靠性。根据实际的风速及气温数据,分析了不同风速记录时间刻度对风电变流器中器件结温及其波动计算结果的影响;利用Coffin-Manson器件可靠性评估模型评估了在不同时间刻度下的可靠性。评估结果表明,在不同风速记录间隔下,风电变流器的可靠性并不一致。研究结果表明,当风速及气温数据的记录时间间隔在2~3 min之间,风电变流器可靠性的评估结果较为准确;若记录时间间隔较长(如大于10 min),将会高估变流器的可靠性。     

基于无谐波检测和选择性谐波补偿原理的组合式同相供电系统控制策略

针对组合式同相供电系统同相补偿装置(CCD)的常规控制方法受负载电流检测精度影响严重,且不能良好跟踪高速铁路负载高次谐波电流的缺陷,提出一种选择性谐波电流控制策略。该控制策略仅需要保留CCD的两单相变流器输出电压、电流的检测部分,不需要检测负载电流;并通过矢量比例积分控制器对连接负载的单相变流器输出电流误差中的各次谐波单独跟踪。该设计方法不受负载电流检测精度的影响,对牵引负荷各个频段谐波都具有良好的跟踪性能。利用MATLAB/Simulink搭建组合式同相供电的常规控制模型、改进控制模型和基于改进控制策略的半桥四臂模块化多电平电路模型,对交-直型、交-直-交型、混跑3种负载分别进行控制,仿真验证了改进电流控制方法的正确性以及在实际工程实现中的有效性。     

基于牵引-补偿变压器的同相供电综合补偿方案

针对电气化铁路以负序和无功为主的电能质量问题,提出一种基于牵引-补偿变压器的同相供电综合补偿方 案.该方案采用牵引端口和补偿端口集成化设计,在实现综合补偿的同时,能够有效减小占地面积.通过设置无功补 偿度和负序补偿度,确定了二端口和三端口的补偿方案,并提出了相应的补偿控制策略.最后通过仿真验证了同相供 电综合补偿方案及控制策略的正确性和可行性.     

交流传动牵引变流器可靠性在线监测方法∗

牵引变流器作为交流传动系统的关键设备,分析其可靠性十分必要.考虑到牵引负荷特性,基于物理失效 机理建立IGBT模块失效率模型,依据可靠性预计手册分析其他组件的可靠性,将各方法有机结合后提高可靠性分析 效率与准确性.以结温为主要监测变量,提出了一套牵引变流器可靠性在线评估流程,为全面监测牵引变流器的安全 可靠运行提供重要参考.     

基于结温计算的换流阀可靠性分析

模块化多电平变流器(MMC)广泛应用于高压直流(HVDC)输电工程中,其中换流阀的可靠性成为柔直工程中关注的重点.而作为换流阀的核心器件,绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的可靠性成为换流阀可靠性研究的关键.在IGBT工作过程中,结温过高是其损坏的重要原因之一,因此有必要进一步研究影响IGBT结温的关键因素.在此首先基于温...     

组合式同相供电系统容量配置优化及分析

为优化组合式同相供电系统同相补偿装置的容量,在牵引变电所端口电气量分析的基础上,利用变压器平衡接线和对称分量法原理,对同相补偿装置和牵引变压器的相对容量(β1)、电网侧负序和无功功率关系进行了分析。通过分析组合式同相供电系统结构,得到牵引变压器容量、同相补偿装置容量、系统短路容量和负载容量之间的关系,进而求得组合式同相供电系统在完全补偿、满意补偿条件下的β1值。分析表明,完全补偿时,β1等于1。无功满意补偿时,高速铁路不设无功补偿,功率因数可满足国标;普速铁路根据负载功率因数设置无功补偿度。负序不平衡度满足国标时,根据短路容量和负载容量设计β1。最后利用Matlab软件仿真验证了该结果的正确性。     

基于V/v变压器同相牵引供电的新型补偿系统

为更有效、更经济地解决传统V/v同相牵引供电系统中存在的电能质量问题,提出了一种在新拓扑结构下采用混合电能质量调节器(HPQC)的电能质量综合补偿方法。相比于传统拓扑结构下的补偿系统,新拓扑结构下的补偿系统有更加显著的节容特点。结合电气化铁道牵引负荷波动频繁的特性,对HPQC中无源器件(LC、L)和有源器件(变流器)的参数进行了设计。另外还分析了新型补偿系统下HPQC的控制策略,使其满足系统的补偿要求。     

基于MMC的同相供电潮流控制器控制策略研究

模块化多电平换流器(MMC)与平衡变压器相结合的潮流控制器(PFC),可节省传统牵引供电系统中的匹配变压器,满足高压大功率的应用。首先介绍了系统工作原理,重点研究了其中单相MMC背靠背换流器两端的补偿电流。提出了一种综合控制策略,包括变流器两端补偿电流的提取算法,子模块电容电压均衡控制,环流抑制策略以及PWM调制方法。最后在Matlab/Simulink中搭建了系统模型,分别对交直交型电力机车的牵引和再生制动工况进行仿真,验证了所提控制策略的有效性。     

一种模块化级联H桥构造的三相—单相同相牵引供电系统

为解决高速、重载电气化铁路负序、谐波和无功等电能质量问题,依据三相对称补偿理论,并结合H桥构造,提出了基于模块化级联H桥的三相—单相同相牵引供电系统。分析了系统补偿特性及工作原理,研究了直挂型"!"联结的有源补偿装置(MMCHC)拓扑结构,推导了子模块参数确定方法,并给出了系统控制策略。通过直挂补偿装置将三相牵引变压器转换为单相供电,节省了匹配变压器的容量为补偿容量的2倍。仿真表明,补偿装置在牵引和再生制动工况下均具备良好的补偿特性和动态性能,消除了牵引负荷引起的负序、谐波和无功分量,且子模块电容电压稳定在2%以内。     

基于PN结的热电偶补偿电路设计

热电偶在温控系统中得到了广泛应用,但在实际测温过程中对热电偶的冷端补偿是必不可少的。分析了几种常用的热电偶冷端补偿方法的优缺点,根据1N4148在恒流条件下其管压降与温度的线性关系设计了一种基于PN结的热电偶冷端补偿电路,该补偿方法具有成本低、精度高、通用性强等优点,该电路可以对不同型号的热电偶进行冷端补偿,同时具有断偶检测功能。对E型热电偶进行了冷端补偿试验,结果表明,该补偿电路对热电偶冷端补偿后使得温度偏差≤1℃。     

无传感器电流型控制开关电源斜坡补偿研究

本文首先介绍了几种常用的开关电源电流检测方法,并分析了这些电流检测方法的不足之处.在此基础上,本文重点介绍了不需要电流检测电路的无传感器电流型控制方法.通过以Boost变换器为例对无传感器电流型控制原理以及无传感器电流型控制的斜坡补偿问题进行的详细分析研究发现,对控制环路中的误差放大器输出信号提供具有适当斜率的补偿斜坡,可使系统获得更优的环路稳定性.     

基于补偿函数的SPWM矩阵变换器控制策略

应用矩阵变换器的交直交等效模型,在其交直和直交2个虚拟环节上,分别采用不控整流和SPWM2种简单易实现的调制方式。在三相输入电压对称或非对称的情况下,虚拟整流环节输出的是直流波动电压,为消除此直流波动电压对虚拟逆变环节SPWM调制输出的电压、电流波形的影响,利用开关函数概念推导了对SPWM的调制波进行补偿的补偿函数。其原理是通过向调制波中注入反极性的、幅值随直流波动电压瞬时值变化的正弦波来消除输出电压中的低次谐波。该方法同样适用于输入电压非对称的情况,而且其硬件实现电路简单。应用Matlab/Simulink进行了仿真,仿真结果表明在输入电压对称或非对称的情况下都能获得良好的输出电压波形,验证了所提控制算法的正确性。     

双馈抽水蓄能机组用中点箝位式三电平变流器损耗与结温分布

针对双馈抽水蓄能机组(DFPSU)运行工况转换频繁,分析不同运行工况下中点箝位式(NPC)三电平变流器功率器件损耗及结温分布。基于DFPSU运行特点,以机侧变流器单相桥臂功率模块为例,研究了不同运行工况下各个功率器件开关动作和电流通路,理论上分析了器件损耗分布不均现象;基于功率器件导通损耗和开关损耗计算模型,建立其热网络等效电路和结温计算模型,考虑DFPSU控制策略,并基于PLECS平台建立了NPC三电平变流器功率器件电热耦合仿真模型;对机组在发电、电动和调相运行工况下的器件损耗和结温分布进行仿真。理论分析与仿真结果表明,不同运行工况下器件损耗不同,变流器中间位置的主开关和箝位二极管的损耗和平均结温最大,且机组在同步转速点附近器件结温波动最大。     

一种采用降压补偿的大功率LED结温动态测量法

提出了一种新型的采用降压补偿的大功率LED结温动态预测法。文章分析了常规FVM法过程中的测量误差,同时利用反向电流降低电压加速光注入非平衡载流子的复合过程,并通过LabVIEW程序控制电源实现所需补偿电流波形。最后通过与传统方法测试结果进行对比,验证了该方法的有效性。