基于软开关技术的大型发电机灭磁性能优化

随着同步发电机组单机容量的迅猛提高,为电磁感应提供磁场的励磁电流也大大增加,如何在系统故障和空载误强励等极端条件下确保灭磁的快速性、安全性和可靠性,已成为亟待研究和解决的课题。电力电子软开关技术为灭磁性能的优化提供了新的思路和方法。文中以三峡发电机组励磁系统为研究对象,对非线性电阻进行了选择和参数优化,在此基础上,引入软开关技术,为灭磁创造励磁电流过零点,对灭磁过程中的建压、换流、移能和耗能等工作环节的时序配合进行了分析和优化。理论分析和仿真表明,灭磁过程中实现了灭磁断路器的零电流关断,在保证灭磁快速性的基础上,提高了灭磁的安全性和可靠性。系统故障下空载误强励的灭磁时间为1.048 s,励磁绕组过电压限制在3 500 V,灭磁开关过电压限制在2 000 V。     

大型发电机组灭磁关键技术研究

确定磁场断路器的最大弧压以及碳化硅灭磁电阻的能容量对于发电机灭磁系统安全性设计至关重要。本文根据麦也尔电弧动态数学模型,简要分析影响采用长弧原理的直流断路器分断过程中产生弧压大小的因素;同时结合HPB60-82s型断路器的短路试验数据给出了该种型号直流磁场断路器最大弧压的保证值;本文还依据小能量冲击试验,给出了考虑均流/均能后的灭磁用非线性碳化硅灭磁电阻最大能容量的核算方法。本文对大型发电机组灭磁系统的设计具有重要的指导意义。     

一种开关管馈能式零电压软关断电路

提出了一种开关管馈能式零电压软关断电路,由缓冲电路、储能电容和馈能电路构成。当开关管关断时,由缓冲电路中的缓冲电容实现开关管的零电压软关断;当开关管导通时,缓冲电容上的能量再通过一个谐振电路转移到储能电容。储能电容接受每次开关管开通时由缓冲电容上转移过来的能量,使电压逐步上升。当储能电容电压上升到阈值电压时,馈能电路工作,将储能电容的能量迅速转移到主电路的输出电容上,实现能量回馈。其次,分析了电路的工作原理和关键的器件设计方法。最后,搭建了一台实验样机,设计了控制电路,并验证了电路的有效性。     

非线性电阻灭磁及发电机转子过压保护技术

1.概述近年来投产的大型水轮发电机曾发生过转子绝缘击穿、励磁功率柜及励磁开关烧损等重大事故;由于灭磁开关故障造成事故扩大的情况也有发生。因此,大中型发电机组的灭磁及转子过电压保护问题,一直是人们所关注的重要课题。本文着重阐述“磁场断路器——非线性电阻”发电机灭磁及转子过     

绕线转子同步电机用ZCS Buck励磁变换器

提出了一种适用于电励磁同步电机的零电流(ZCS)软开关Buck励磁变换器。为了减小励磁变换器的体积,利用转子绕组的等效电感作为Buck输出滤波电感。在此基础上,为了消除转子绕组寄生参数和Buck开关器件高频开关引起的励磁电流脉动噪声,提出一种传统Buck电路与耦合电感和谐振电容的组合结构。谐振回路的存在实现了功率开关器件的ZCS软开关,提高变换器效率的同时平滑输出电流,有效减小电磁干扰(EMI)。最后,通过PSIM仿真验证了所提变换器拓扑的有效性。     

氧化锌电阻在发电机灭磁中的应用

介绍了在励磁系统中灭磁的基本方式,利用氧化锌电阻作为大容量吸能元件,使灭磁开关快速熄弧开断,并移能到氧化锌阀片中进行能量消耗,可实现同步发电机快速灭磁。采用该方式灭磁,可加快灭磁时间,减少开关触头磨损老化及降低对磁场断路器弧压的苛求,对新老机组灭磁回路设计和改进具有普遍意义。     

适合大电流输入高压输出的软开关直流变换器

首先,提出了一种LLC谐振的软开关直流变换器,其中原边包含4个开关管、2个变压器绕组和1个耦合电容,并利用耦合电容构造了2个变压器绕组同时工作的回路,实现了两者的均流;副边包含2个二极管和2个谐振电容,构成了一个谐振式倍压电路;然后,利用变压器漏感、励磁电感和谐振电容产生LLC谐振来传递能量,各开关管能实现零电流开通,二极管零电流关断,且承受的反向电压为输出电压,关断损耗也很小;最后,分析了电路各阶段的工作原理,推导了电压增益特性,并设计了一款22~28 V输入、360 V输出、额定负载800 W的样机。实验测试结果证明,电路最高效率达到93.5%,同时也证明了电路的有效性。     

磁场断路器移能换流灭磁过程分析

本文对同步发电机磁场断路器移能换流灭磁过程进行了分析,给出了实现成功换流灭磁的临界条件及其正确运用形式.分一次断流和二次断流两种工况分别研究,得出灭磁时间与灭磁电阻非线性系数的关系以及灭磁过程中磁场断路器的吸能量计算式,可作为磁场断路器配合灭磁电阻移能成功与否的判断依据.     

基于零电压开关的超级电容均压技术

为了减少超级电容均压过程中开关器件的开关损耗,提高能量利用率和均压效率,提出了一种新型的基于零电压开关(ZVS)的超级电容均压电路。分析了电路在不同开关状态下的工作原理,推导了其不同工作阶段中电压电流的关系,建立了电路的时域电压电流模型,并分析了不同参数对电路工作特性的影响,得出了新型均压电路关键参数的设计原则,通过计算得出可以实现零电压开关的条件,利用图示法表示零电压区域。仿真和实验结果证明该方法真正实现了零电压开关,均压效率超过80%,开关损耗减少75%,显著降低了开关损耗,适用于储能系统中串联超级电容器或者蓄电池的均压。并且可以基于该均压电路为基本拓扑进行扩展,便于应用在电力系统、新能源发电中的大规模储能系统,具有较高的应用价值和较好的发展前景。     

基于软开关技术的大型发电机灭磁系统改进

传统灭磁过程中强拉灭磁开关引起的过电压及大电弧带来的危害,使得大型发电机的灭磁问题成为一个重要的研究课题。电力电子软开关技术为大型发电机灭磁提供了新的途径。以三峡电厂励磁参数为基础,设计出一种基于软开关技术的灭磁系统及其相应的控制电路,提出一种新的非线性电阻灭磁建压方式,即"并联充电,串联放电",使得灭磁过程中的冲击电压显著减小,当灭磁主回路电流降为零时拉开灭磁主开关。由理论分析和仿真可知从灭磁系统启动到非线性电阻启动时间为0.07 s,灭磁时间为0.4 s,说明了该系统快速、安全、可靠的灭磁功效。