基于区域PMU和节点故障注入电流的广域后备保护算法

电网结构日益复杂,传统输电线路后备保护整定变得越来越困难.文中在间隔母线布置相量测量单元(PMU)策略下,先根据广域差动法确定故障区域,再估计出故障区域中未布置有PMU母线的电压和节点注入电流,推导出该区域节点电压故障分量方程,构造节点故障注入电流.分析故障发生前后故障线路两侧母线和正常母线的节点故障注入电流的变化特征,构造广域后备保护判据.基于IEEE 39节点系统的仿真结果验证了所提算法不受故障位置、类型和过渡电阻影响,在各种故障情景下均能检测出故障线路.     

基于母线电流与效率跟踪的无线电能传输控制方法

无线充电串串谐振网络输出电压、电流随间距成正比,如果间距突发极大会导致电路烧毁。针对该问题,本文在分析了无线充电装置的电路结构、谐振补偿、控制算法的基础上,利用电磁有限元Maxwell软件建立线圈盘模型,电路仿真软件Simplorer建立无线充电的脉冲控制回路,建立一套3kW大功率WPT系统模型,通过检测发射侧与接收侧整流后母线电流电压,判断系统DC-DC效率来调整逆变器的PWM占空比与开关频率。结果表明该系统在合理间距时传输效率明显提高,在突发大间距时电流得到控制,证明了采用本文提出的无线充电系统控制方法的安全、高效。     

基于模糊神经网络的母线充电保护研究

针对当前母线充电试验时继电保护中存在的一些问题,提出了一种智能型的母线充电保护新方法。在分析母线正常充电和故障元件充电的基础上,找到了正确快速地识别两种情况的特征量,结合模糊神经网络这一新型的人工智能技术,综合利用母线充电时的多种电气量分别提取形成网络的特征输入量,并采用Simpson模糊极小-极大神经网络来形成区分母线正常充电和故障元件充电的模糊模式识别器。利用EMTP程序仿真来获取不同系统参数和各种不同故障情况下模糊神经网络训练和测试所需要的大量样本,通过对模糊神经网络的训练,使网络具备了很强的故障识别能力和较强的泛化能力,结果表明,训练后的网络能快速准确地区分母线在各种运行工况下的正常充电和故障元件充电,从而验证了该方法的有效性。     

母线充电保护研究及其应用

母线保护中的充电保护,主要是在充电操作时投入,快速跳开母联,切除故障,保全非故障段母线.在高中压系统,充电保护电流定值是按躲过最小运行方式故障电流整定,并要求瞬时动作;通过大量试验证明:充电保护的动作精度和快速性很难达到统一.经过详细的分析,在保证母线保护功能前提下,可以取消微机母线保护中的充电保护,从而简化保护.     

基于零序电流与电压相位差变化的灵活接地系统故障选线方法

目前灵活接地系统大多采用定时限零序过电流保护,高阻接地故障时保护存在易拒动的问题.为解决此问题,提出了基于零序电流与电压相位差变化的选线方法.基于灵活接地系统单相接地故障的零序等效电路,分析了并联小电阻投入前后的电气量变化特征,即非故障线路始端零序电流与母线零序电压相位差不变,而对于故障线路此相位差发生变化,同时分析了过渡电阻对电气量变化特征的影响,发现过渡电阻只影响母线零序电压相位变化量,而对各线路始端零序电流与母线零序电压相位差的变化量无影响,据此提出该选线方法.该方法利用了并联小电阻投入前后电气量的变化特征,无需其他馈线的电气量即可判定故障线路.仿真实验表明该方法在高阻接地故障时仍能准确选线.     

基于LCL-LCL/S混合自切换谐振式无线充电系统

为了减少混合谐振式无线充电系统的开关器件和无源元件数量,提高系统输出功率,同时简化原、副边的控制策略,提出一种基于LCL-LCL/S混合自切换谐振式无线充电系统,无需原、副边通信和增加任何无源元件,仅通过LCL结构的自投切操作更改拓扑网络来实现无线充电系统恒流恒压的切换。首先,依靠T型网络分析恒流或恒压输出与输入阻抗呈纯阻性的关系;然后,引入混合型补偿网络数学模型,分析实现系统输入电流和电压之间零相角（ZPA）与恒流或恒压输出特性的参数配置条件;接着,依据蓄电池充电曲线特征、谐振电流阈值、电压跳变阈值和耦合系数变化约束,进一步提出一种适用于混合谐振式拓扑网络参数优化的设计方法,在避免谐振网络参数经验选值的局限性导致参数不确定性问题的同时,也为参数选取提供了理论依据;最后,搭建实验平台验证该方案的可行性与有效性。实验结果表明,优化谐振网络参数的无线充电系统具有较好的恒流恒压输出特性,系统最大传输效率为81%,完全满足恒流恒压无线充电需求。     

行波小波系数极大值极性法接地故障选线研究

为正确确定故障线路,保证系统安全,提高供电可靠性,研究了配电网中单相接地短路故障时的暂态行波特性。分析变压器的暂态行波特性及其对母线行波电压和线路行波电流的影响表明,行波初始过程中母线电压及各线路电流暂态行波的小波系数的显著规律是故障线路电流暂态行波0模量初始波头的小波系数的极大值极性,总是与其它线路电流和母线电压相反。然后利用暂态行波的小波系数极大值极性特征构成了一种新颖的故障选线保护判据,即利用母线零序电压突变量判断单相接地的时刻,通过识别母线电压及各线路电流初始波头小波系数的极大值极性特征,判断故障线路。利用MATLAB建立了一个典型的配电网系统模型,仿真结果证明该选线算法的有效性,最后对该法的应用提出相关的建议。     

母线充电保护研究及其应用

母线保护中的充电保护,主要是在充电操作时投入,快速跳开母联,切除故障,保全非故障段母线。在高中压系统,充电保护电流定值是按躲过最小运行方式故障电流整定,并要求瞬时动作;通过大量试验证明:充电保护的动作精度和快速性很难达到统一。经过详细的分析,在保证母线保护功能前提下,可以取消微机母线保护中的充电保护,从而简化保护。     

一种抑制UPS充电启动冲击电流的控制策略

针对不间断电源(UPS)充电电路中由于母线电容的存在,并网会存在较大的启动冲击电流问题,提出了一种抑制启动冲击电流控制策略.通过在并网前对母线电容进行预充电的方式,实现充电启动过程中无电流冲击,相较于传统跨接预充电电阻的方案,该方法降低了系统成本,提高了可靠性.首先介绍了UPS充电电路,分析了UPS充电启动过程中冲击电流产生的原因,建立了其数学模型,并对冲击电流和电容浪涌电压进行分析;然后对启动控制过程进行详细分析;最后搭建UPS充龟电路硬件平台.仿真和实验验证了所提充电启动控制策略的可行性.     

基于计算序电流的幅值和方向比较的黑启动中线路保护方法

文中将黑启动过程中的多级长线路独立处理,详细分析了不同运行方式下故障及空载长线路产生充电过电压时系统的序量分布特点,给出了一种基于输电线路计算序电流的幅值和方向比较的线路保护方法。该方法首先根据母线序电压的幅值特点形成有效的启动判据,根据不同的启动结果选定疑似故障线路;再利用故障时由线路两端序电流计算得到的线路中点计算序电流的幅值和方向特点形成两个综合判据,具体确定故障线路。该保护方法不仅能够识别各种故障,且能在空载长线路产生充电过电压时不误动。该保护方法在单电源运行方式时起主保护作用,其他运行方式下作为后备保护,保证系统各种运行方式下安全有效运行。     

基于无线能量传输的充电平台设计及其性能分析

无线能量传输作为一种新型的电力传输技术,为数量飞速增长的电子产品提供了便捷的充电方式,然而大功率驱动电路、充电距离和效率一直是制约无线充电技术实际应用因素.针对这些问题,基于磁耦合无线能量传输理论,对无线充电的等效电路进行了理论分析,探讨了影响充电效率的主要因素.以STM32单片机作为控制核心,通过设计大功率H桥式驱动电路、整流电路等,研制并搭建了无线能量传输充电实验平台,并对系统工作频率、无线充电距离以及有无中继线圈对系统性能的影响进行了实验和分析.结果表明所设计的无线能量传输充电平台具有相对完整的功能,且在24 V驱动电压、2 cm充电距离的情况下,负载接收功率达到了2.5W.     

基于碳化硅器件的无线充电系统电源设计

碳化硅(SiC)器件耐高频高温、散热性能好、导通电阻小,应用于无线充电系统可有效提高无线充电系统的效率。文中首先对比了SiC材料与Si材料的特性,在此基础上研制了一套基于SiC器件的无线充电系统电源装置。该装置由整流模块和逆变模块构成,输入端接市电,且装置的整流模块具有功率因数校正功能。文中详细给出了整流模块的整流桥选型策略、滤波电路参数设计方法、Boost电路功率器件和无源元件设计原则及开关管控制电路设计方法,还给出了逆变模块的开关管选型策略、开关管驱动电路和开关管保护电路的设计方法。最后,实验结果验证了方案的有效性和可行性,输入侧实现了高功率因数,逆变电路开关管电压振荡得到抑制,实验样机的效率峰值可达98.2%。     

寻轨机器人用无线充电系统的研究

传统寻轨机器人的动力电池采用接触式充电方式,充电时容易因机械接触磨损而导致接触不良。为解决该问题,研究了一种单管感应耦合电能传输ICPT（inductively coupled power transfer）无线充电系统。该系统由前后两级电路组成,前级采用单管ICPT系统进行非接触电能传输,后级采用充电管理芯片LTC4020控制的Buck-Boost电路对锂电池进行快速充电。介绍了所研究寻轨机器人无线充电系统结构及原理,对前级主电路进行了四阶段电路等效、工作过程分析、电路建模、补偿网络设计和软开关设计;对后级充电管理电路进行分析和设计。设计了一台样机,对前级电路开关管耐压、流过电流和输出电压进行了仿真和实验,并通过充电实验验证了所研究充电方案的正确性。     

基于HMM的无线充电系统PFC装置故障检测

PFC装置作为电动汽车无线充电系统中整流模块与高频逆变模块之间的重要桥梁,一旦发生故障,不仅会对电网产生严重的影响,还会对后端高频逆变模块造成不可逆的破坏,因此需要对其进行快速和准确的故障检测。传统故障检测方法检测时间长,检测精度低。为此,本文提出一种基于隐马尔可夫模型（Hidden Markov Model,HMM）的电动汽车无线充电系统PFC装置故障检测方法。首先初始化模型,然后利用鲍姆韦尔奇（Baum-Welch）算法进行故障模型训练,最后利用维特比（Viterbi）算法进行故障检测。仿真实验结果表明,采用HMM进行PFC装置故障检测的正确率较神经网络和支持向量机（Support Vector Machine,SVM）最大提高了约40%,是一种快速且准确的方法,因此本文采用HMM能够有效识别出电动汽车无线充电系统中PFC装置故障的类型。     

基于充放电暂态特征的谐振接地系统单相接地故障定位方法

在配电网的谐振接地系统中,如果线路发生单相接地故障会在故障暂态中呈现充电和放电现象。对此故障暂态现象进行了深入分析,将充放电暂态特征引入到配电网单相接地故障定位算法中。在35 kV经消弧线圈接地的3馈线配电网拓扑模型的基础上,仿真分析了故障暂态的频率特征,将故障暂态频率分为充电频率和放电频率。其中,充电过程中包含的充电频率理解为对RLC线路充电所形成,而放电过程中包含的放电频率则理解为类似故障行波在线路中传播形成的固有频率。考虑到配电网馈线存在较大干扰,放电频率提取较困难,采用充电暂态特征与放电频率特征相     

基于补偿网络电流分析的恒压恒流无线充电系统

为了避免民用飞机机载设备与电源插拔过程中带来电火花的危险,并提高设备充电的便利性,本文采用无线充电方式为其进行供电。在恒压恒流无线充电系统中,补偿网络支路电流大小不仅决定功率器件成本,也与系统损耗直接相关。因此,对补偿网络电流优化,是实现高效无线电能传输的重要途径。本文首先分析了低阶网络的回路电流关系,得到了回路电流最小的条件,进一步推广到高阶网络,获得最优补偿网络电流一般性方法。其次,在分析原副边完全对称补偿网络具有实现恒压或恒流的基础上,得到一系列恒压恒流拓扑,并结合最优补偿网络电流方法对拓扑进行参数设计,同时采用原边电流检测方法进行恒压恒流切换,避免了原副边之间的通信。最后,通过仿真和实验验证电流优化方法和负载无关实现方法,结果表明,所述拓扑具有很好的恒压恒流输出特性,同时电流优化方法能大幅度减小回路电流应力,从而提高系统传输效率。     

计及系统性能提升的谐振式无线充电开关器件死区优化

针对双边LCC谐振式无线充电的逆变器金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)死区时间设置影响传输功率及效率的问题,提出了一种适用于其拓扑结构的死区优化设计方法。首先建立了双边LCC谐振式无线充电系统的数学描述,并简述其运行模态,推导出次级侧补偿电容与输入感性阻抗的量化规律。然后据此提出了一种死区时间优化设计方法,以实现与无线充电系统特性密切相关的逆变器软开关。最后,搭建了一套实验平台,实验结果表明,此优化设计方法可确保逆变器运行完全实现软开关,提高了无线电能传输功率及效率。     

自激推挽式无线电能传输系统研究

基于对推挽式自激振荡电路原理的详细分析,通过研究发射线圈电压电流的特性,建立了系统的电路等效模型,并采用理论计算和仿真分析验证了系统的性能。同时将自激推挽式无线电能传输系统应用于传感器节点的锂电池变距离无线充电中。最后搭建两线圈系统验证了自激推挽式无线电能传输系统具有频率自适应的能力;在一定范围内变耦合系数时能够输出稳定的功率并保持稳定的效率。当线圈间轴向距离在1-4cm变化时,自激推挽式无线充电系统可为锂电池提供500mA的稳定充电电流。     

基于多绕组变压器的高压无线充电自由定位系统

针对电动车辆无线电能传输(wireless power transfer, WPT)系统存在的半导体性能有限和定位困难的问题,提出了一种多对一高压无线充电自由定位系统。该系统采用逆变器串联输入的设计来适应高压应用场景,同时利用多绕组变压器实现逆变器的等效并联输出和向多路发射回路传输电能的功能,并采用了多对一的设计以扩大电动车的定位范围以实现无线充电的自由定位功能。为分析多绕组变压器的工作机理和研究多对一拓扑的能量传输特性,进行了等效电路分析和MATLAB仿真,并制作实验室原型样机进行了实验验证。基于实验和仿真结果,提出了一种基于多对一WPT拓扑的混合工作模式,可以有效地扩大电动车辆无线充电时的定位范围。研究和分析表明,文中所提出的拓扑结构可以有效地提高系统的输入电压以应用于高压场景,并能有效扩大电动车辆无线充电时的定位范围以实现自由定位。     

无通讯模块无线充电系统的控制策略研究

基于副边控制无线充电系统,提出了原副边无通信模块的无线充电系统的控制策略。首先,对串联谐振无线充电系统工作稳定性进行分析,得到为保证稳定工作副边需控制输出电压,文中采用半控整流电路通过调整占空比控制输出电压。进一步分析得出系统在负载降低与副边升高输出电压两种情况下,由于无法达到预期的输出电压值,导致负载无法正常工作。通过在原边引入对负载与副边半控整流电路开关占空比估计的方法,实现在原副边无通讯模块下,原边针对变化情况同步调整输入电压,使系统能够满足输出条件。最后,在MATLAB中对控制策略进行仿真验证。