级联H桥型电力电子变压器平均值模型

针对电力电子变压器仿真效率较低和死区效应越来越显著的问题,基于级联H桥型双有源桥结构电力电子变压器,提出一种考虑死区效应的平均值模型。首先,计及寄生参数将双有源桥单元简化为一阶RL电路,分析各个死区工况下电压电流特性,求解电流的平均化解析表达式,通过等效电流源代替全桥及高频变压器实现对双有源桥单元的平均值建模。其次,基于状态空间平均法,通过占空比将H桥整流单元各工况整合为一个统一的模型,进而使用受控源代替H桥整流单元与交流电网、双有源桥的接口电路。最后,建立输入侧串联输出侧并联型的级联H桥型电力电子变压器平均值模型并给出计算流程。在PSCAD/EMTDC仿真软件上分别搭建电力电子变压器详细模型与平均值模型,仿真结果表明所提出的模型具有较高的精度和运行效率。     

三电平单元电力电子变压器容错运行技术

基于三电平单元的电力电子变压器具有功率模块少、功率密度高等优点,在数据中心不间断电源、铁路配电系统、超级充电站等场景中应用前景广阔。然而,电力电子变压器中开关器件多,器件故障引发的故障模块切除动作将导致系统容量损失,易引发系统失稳、故障越界等问题。针对该问题,文中提出了一种基于故障模块、故障相与非故障相协同的三电平容错运行技术。首先,采用开关组合列举法分析了不同故障类型下三电平单元H桥的共性故障结果,并基于部分器件旁路实现了故障模块重构和容错运行。其次,提出了相内协同控制策略,实现了故障模块电容电压的稳定与均压控制,并通过相间协同控制实现线电压平衡,共同保障电路正常运行。最后,针对不同故障结果提出具体的容错控制方法,并通过仿真验证了所提容错方法的有效性。仿真结果证明了容错控制下电力电子变压器能稳定运行。     

磁集成三端口电力电子变压器的改进控制方法

针对现有多端口电力电子变压器磁性元件体积大、功率变换单元多、成本高的问题,提出基于磁集成的三端口拓扑及控制策略。将传统拓扑的6个桥臂电感和大量的高频变压器集成为3个集成变压器,从而减小磁性元件体积。在变压器副边绕组接1个三相桥即可构建低压直流端口,极大地减少功率变换单元数目。利用桥臂电压的直流、工频和高频分量分别控制中压直流、中压交流和低压直流端口功率,实现多端口功率调控。为提高中压直流端口电能质量,将桥臂电压的高频分量设计为三相对称的六阶梯波,使其激发的电流分量在三相回路中相互抵消,从而实现中压直流端口高频电流纹波消除。最后,建立了4 MW仿真模型进行验证,结果证明了所提拓扑和控制策略的有效性。     

级联H桥型电力电子变压器的闭锁状态等效建模方法

电力电子变压器(power electronic transformer,PET)是未来交直流混合配电网的关键设备,对其进行多工况高效仿真的一个关键难点为闭锁等效建模。该文提出一种适用于级联H桥型PET(cascaded H-bridge based PET,CHB-PET)闭锁状态的等效建模方法。首先,以一个实际算例说明闭锁状态的电路特征;其次,经过合理简化后,推导部分闭锁和完全闭锁状态下的戴维南-诺顿等效参数;然后,分析闭锁等效模型的3种实施方式,提出一种与非闭锁模型共用状态变量存储单元的集成方法;最后,在PSCAD/EMTDC软件中搭建典型的10kV/3kV三相CHB-PET系统,并进行启动、电压暂降及直流故障闭锁工况仿真。结果表明,与详细模型相比,所提闭锁等效模型具有足够的仿真精度。     

大规模海上风电场电磁暂态受控源解耦加速模型

随着风电装机容量及占比越来越大,大规模风电场电磁暂态仿真速度极慢的问题愈加凸显。针对现有建模方法复杂、无法反映风电场内部特性、灵活性不足等问题,提出一种大规模海上风电场电磁暂态受控源解耦加速模型。该方法通过受控源传递端口间电压和电流信息,实现风电机组内部元件之间以及不同风电机组之间端口的解耦,从而将系统解算过程中高阶矩阵分解为多个小矩阵以实现快速仿真。基于节点分析法和基尔霍夫定律证明了该方法的有效性。所提出的受控源解耦加速模型建模方法简单,通过仿真软件中现有模块拖拽即可搭建,可以准确仿真风电场的各种暂稳态工况,并且提速效果明显。同时,所提受控源解耦加速模型可与现有文献所提方法互补,扩展其灵活性。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了不同机组数量的风电场模型,验证了受控源解耦加速模型的仿真精度及加速效果。结果表明,所提受控源解耦加速模型可实现1～2个数量级的加速效果,且相比详细模型具有较高的仿真精度。     

基于FPGA的电力电子恒导纳开关模型修正算法及实时仿真架构

电力电子实时仿真是目前电力电子系统研究过程中的重要工具。为设计一套经济、可靠的电力电子实时仿真系统,文中搭建了一个以现场可编程门阵列(FPGA)为计算核心的硬件平台,并提出了配套的电磁仿真算法和FPGA架构设计。首先,推导了一种简洁电磁暂态程序(EMTP)算法,用于提高传统离线算法的并行度。其次,从数值算法的角度分析恒导纳开关模型的虚拟功率损耗问题,提出了一种初始误差修正算法,消除了功率损耗。再次,串联以上算法,设计了一种基于状态机框架的数字信号处理(DSP)硬核资源复用FPGA架构,以硬件资源复用的方式实现了资源的高效利用,在不损失速度的同时提高了FPGA的利用效率。最后,通过多个实时仿真算例验证了所提方法的有效性和正确性。     

级联H桥型电力电子变压器隔离级高频电流波动抑制策略

串联谐振型双有源桥变换器(DABSRC)由于具有控制简单及软开关范围宽的特点,可用在级联H桥型电力电子变压器隔离级DC-DC电能变换环节中。考虑电力电子变压器各相单元存在二倍电网工频瞬时功率波动,导致隔离级DABSRC高频电流幅值呈现相同波动,且过大波动将会增加隔离级开关器件导通损耗和电流应力。为解决该问题,文中以优化高频电流有效值为目标,提出一种零序电压注入控制策略,通过在交流侧级联H桥变换器中注入零序电压,降低了隔离级DABSRC开关器件电流应力。最后,利用苏州同里10 kV交流/750 V直流3 MVA级联H桥型电力电子变压器工程示范样机进行验证,仿真及样机测试结果证明了控制方法的有效性。     

低压直流配电网主动限流控制及保护方案

低压直流配电网直接面向电力用户,其短路故障对供电可靠性造成严重影响。电力电子变压器具备主动限流能力,能够改善低压直流配电网的故障运行性能。文中针对低压直流配电网短路故障,提出了一种电力电子变压器的主动限流控制方法。结合各类低压直流变换器的接口特点,分析了电流故障分量的方向性特征。基于此,构建了低压直流配电网的保护方案。该方案无须借助通信系统和附加边界元件,能适用于不同的电网结构。仿真试验验证了主动限流控制方法及保护方案的正确性和有效性。     

多有源桥型PET开关死区的电磁暂态等效建模方法EI北大核心CSCD

电力电子变压器(power electronic transformer,PET)可实现多电压等级和电能形态变换,将在柔性直流配电网中发挥重要作用。随着电力电子器件开关频率的不断提高,死区的影响已不容忽略。目前,针对死区的分析均基于仿真效率极低的详细模型,而采用平均值建模思想的加速模型虽然可以考虑死区的整体影响,但无法准确反映PET内部暂态特性。为在反映开关死区精度的同时提高效率,需要在PET的电磁暂态等效模型中集成开关死区的功能。基于此,该文以多有源桥型PET拓扑为例,首先基于其等效电路的生成过程和开关死区的控制策略,将死区分为单侧死区和双侧死区,并分别进行等效建模。随后针对不同的死区设置和控制参数,建立不同模式的多有源桥型PET的死区电磁暂态等效模型。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建电磁暂态详细和等效模型,对比结果表明,考虑死区的PET等效模型可以提高整体仿真精度,并且具有较高的加速比,因此可以更好地满足工程测试和仿真需求。     

新能源场站过电压受变压器磁饱和影响机理分析及修正方法

文中研究新能源基地经直流外送系统中变压器磁饱和特性对过电压的影响,揭示变压器磁饱和特性影响新能源场站过电压的机理。首先,介绍了有无变压器磁饱和特性建模时新能源场站并网点过电压仿真结果的差异。其次,介绍了变压器的电磁暂态仿真模型及其磁饱和特性的建模方法。然后,论证了过电压发生时变压器的磁饱和特性将使其吸收无功功率,并推导了无功吸收量与电压之间的关系。接着,针对未考虑变压器饱和特性的算例提出了过电压仿真结果修正方法。最后,通过小型测试案例及西北全网测试案例,验证了所提出的理论及修正方法的正确性与可行性。     

高频隔离型电力电子变压器电磁暂态加速仿真方法与展望

电力电子变压器(power electronic transformer,PET)可以实现多电压等级和电能形态的变换,将在柔性配电网中发挥重要作用.文中对高频隔离型电力电子变压器加速仿真关键技术进行介绍和展望.首先,结合PET电磁暂态仿真的特点分析其面临的瓶颈与挑战,并与模块化多电平换流器进行直观对比.接着,提出适用于...     

基于电力电子辅助式有载分接开关的Sen变压器开关暂态建模与分析

提出了基于电力电子辅助式有载分接开关（OLTC）的Sen变压器（ST）的开关暂态模型,并对切换过程进行了分析,包括基本的开关逻辑、重叠角和分接头短路的影响以及不同功率因数下最佳切换角的选择方法。基于T形等效电路和拉普拉斯变换建立了基于电力电子辅助式OLTC的ST的开关暂态模型。根据电力电子辅助式OLTC的拓扑结构,建立了基本的开关逻辑。分析了重叠角和分接头短路对切换过程的影响。通过对不同功率因数下切换过程的分析给出了最佳切换角的选择方法。借助MATLAB和PSCAD/EMTDC分别进行解析计算和时域仿真,验证了所提开关暂态模型、开关逻辑和最佳切换角选择方法的有效性,并表明可以在一个周期内完成切换。此外,通过切换角可以控制重叠角和短路电流峰值的大小。     

跨线相继接地故障暂态特征与暂态选线方法适用性

目前,针对小电流接地系统单相接地故障特征的理论分析已经成熟,但对两点相继接地故障暂态特征的研究较少,其与普通单相接地故障的暂态电气量差异以及已有暂态选线方法的适用性尚不明确。针对小电流接地系统跨线同名相和异名相两点相继接地故障暂态特征问题,建立了后发低阻接地故障暂态等值电路,对故障线路暂态特征进行理论分析并与其单独接地时暂态电气量进行了比较,得到了故障线路暂态特征随不同故障条件(过渡电阻、线路电感、系统对地电容、后发故障相)的变化规律,证明了部分暂态选线方法不再适用于后发接地故障并提出了基于连续检测的选线方法。最后,通过数字仿真和现场数据验证了文中分析结果的正确性。     

应用于船舶中压直流系统的电力电子配电变压器

中压直流系统适合应用于大型船舶,能够减少系统体积重量,提升运行能效。但是目前直流断路器和直流配电研究进展缓慢,限制了直流系统的应用。电力电子变压器由电力电子变换器和高频变换器组成,拥有高效率和高功率密度的特点,适用于船载的配电应用。在分析对比了几种直流变压器拓扑的基础上,提出将串联输入并联输出(ISOP)双主动桥(DAB)变换器用作船载配电变压器,研究了该拓扑的调制和控制方案,并通过实验进行了验证。     

计及电容过渡过程的双钳位型MMC电磁暂态高效仿真方法

针对在电磁暂态程序中双钳位子模块型模块化多电平换流器（CDSM-MMC）拓扑复杂、仿真速度慢的问题,将半隐式延迟解耦法应用于CDSM-MMC的电磁暂态快速仿真研究中,提出一种计及并联电容过渡过程,且解耦电路简单、导纳矩阵恒定、易于并行的高效仿真方法。首先,建立了双钳位子模块的状态空间方程,通过分裂系统矩阵,应用不同积分格式变量间的时间延迟特性,得到正常状态和闭锁状态下计及并联电容过渡过程的双钳位子模块的解耦模型;然后,分析了该模型的特点,设计了计算时序和流程;最后,通过算例验证了文中模型在大幅提高CDSM-MMC仿真效率的基础上,还兼顾了较高的仿真精度。     

大型电力变压器安全运行与主动保护技术探索

现有变压器内部故障防护方法仍有不足,大型电力变压器爆燃事故时有发生。针对变压器轻微缺陷发展为严重缺陷、最终发生电弧击穿的全过程,文中提出构建大型电力变压器安全运行三级防线：第一级为轻微缺陷的检测和预警,文中分析了各类缺陷检测方法的现状,并初步提出了基于多点温度的热缺陷辨识方法;第二级为严重放电缺陷阶段的主动保护,在发生贯穿性电弧故障之前动作跳闸,文中通过放电试验研究了严重放电缺陷的脉冲电流、特高频及声信号特征,提出了基于多参量的变压器主动保护方案和新型轻瓦斯保护方案;第三级针对电弧故障提升传统变压器保护技术的灵敏性和快速性,为此文中提出了估算变压器主磁链的铁芯饱和判别技术,构建了基于漏磁幅值及对称性差异的匝间故障高灵敏度保护方案。文中对变压器主动保护技术的探索和所提出的三级防线故障防护体系对于提升变压器安全运行水平具有重要意义。     

直流微电网DAB变换器和直流固态变压器的非线性控制策略

直流微电网中,当双有源全桥(DAB)变换器及直流固态变压器(DCSST)带恒功率负载运行时,恒功率负载负阻抗特性会对系统的稳定性造成不良影响。文中提出了一种基于非线性扰动观测器及反步控制的新型复合带恒功率负载直流变换器控制策略,推导得出DAB变换器和DCSST数学模型的布鲁诺夫斯基标准型,采用基于非线性扰动观测器的大信号非线性扰动估计方法作为前馈补偿提高输出电压调节的准确性,结合反步控制方法保证DAB变换器和DCSST在大信号扰动下的稳定性。实验结果表明,所提出的控制方法既能在大信号扰动下保证DAB变换器和DCSST的稳定性,又能在不同工况下保证快速动态响应和准确的电压跟踪。     

弱电网中锁相环型并网变换器非线性暂态稳定解析分析

电力电子变换器具有惯量小、动态过程快且复杂等特点,这给新型电力系统的暂态分析带来严峻挑战。尤其是在弱电网条件下,锁相环的非线性特性使并网变换器系统稳定分析变得更为复杂。然而,传统的暂态分析方法忽略了关键非线性特性,难以获得简洁实用的稳定判据。针对上述问题,建立了基于并网变换器系统扰动量的二阶非线性动力学模型,引入非线性振动学科的平均法对模型进行求解,获得了低阶近似解析解,进而推导出弱电网环境下并网变换器系统的稳定判据,并根据理论推导分析了模型的非线性项、锁相环控制参数及系统短路比对系统暂态稳定性的影响。最后,通过仿真与实验验证了所提方法的有效性和分析结果的正确性。     

适用于中压配电网的无联结变压器柔性环网控制器

无联结变压器柔性环网控制器在交流侧出现故障时无法阻止零序电压分量传输,从而扩大了故障范围。文中采用经典电路分析方法和正负序分析算法,解释了零序电压分量的形成与传输的基本原理。提出了一种无联结变压器的柔性环网控制器拓扑,交流侧换流器都采用传统半桥子模块的模块化多电平换流器,而在正负极性母线上分别串联全桥子模块阀串。利用全桥子模块输出正负电压的能力,抑制了直流侧电压波动,同时也阻止了故障范围扩大。通过MATLAB/Simulink软件对故障时零序电压被抑制的特性进行了仿真分析,仿真结果验证了理论分析的正确性和所提拓扑的有效性。