悬浮式电容空间用三电平直流变换器拓扑研究

提出一种基于悬浮式电容空间用三电平直流变换器的拓扑,通过增加开关器件和电容箝位功能,降低了开关器件电压应力,有利于变换器工作在更高电压等级。同时给出DC/DC变换器升压和降压工作原理,实现了能量双向流动,并在此基础上完成了悬浮电容电压平衡控制策略,保证了输出电压稳定工作的同时箝位电容电压维持不变。最后搭建了悬浮电容DC/DC变换器实验平台,验证了拓扑的正确性和控制策略的有效性。     

高比例可再生能源接入条件下的输电骨干网架结构探索

近年来,我国可再生能源发电得到了飞速的发展,每年新增的电力装机中,新增可再生能源电力装机已经超过50%以上。同时,可再生能源电力的上网电价持续下降,已经初步实现了平价上网。在不远的将来,可再生能源电力的上网电价将会继续下降,可再生能源成为主导能源的时代即将到来。由于可再生能源具有时变性、不可调度、地理上不可平移的特点,加之广域范围内的可再生能源具有较强的时空互补性,采用合理的输电网结构是实现高比例可再生能源接入的重要手段之一。本文针对我国可再生能源资源和负荷分布特点,提出了一种新的输电骨干网架结构,可以充分利用可再生能源的时空互补性,以降低对储能和旋转备用的需求。     

双DVR协同补偿的运行模式研究

为满足动态电压恢复器(DVR)大容量、高可靠性和灵活性的要求,采用变流装置串、并联这一有效手段,借鉴有源电力滤波器(APF)、配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)等并联研究的相关成果,探讨适合多个DVR装置串联的拓扑结构和控制方法.提出了集中控制方式和分散控制方式,并进一步细分为5种运行模式,其中集中控制方式又细分为按容量比分配、按各自容量限幅分配以及按各自功能分配补偿电压的3种运行模式,分散控制方式又细分为均分参考补偿电压和以容量限幅分配参考补偿电压2种运行模式.以均分参考电压的分散控制模式为例,分析可知双DVR在该种联合运行模式下与单台DVR独立运行2种工作方式的特性类似.仿真结果表明,所提出的5种运行模式均具有良好的可行性.     

UPQC切换运行模式的小信号分析及协调控制策略

针对统一电能质量调节器(UPQC)切换运行模式时引起的小扰动稳定性及动态交互影响问题,建立了包括串、并联变流器控制在内的小信号模型,对比分析了串、并联变流器独立运行以及联合运行时的稳定性及动态性能,并以特征根灵敏度的方法研究了控制参数、负荷等因素与UPQC运行模式切换时的小扰动稳定性的关联机理。该结论可为UPQC的参数设计提供部分参考依据,其后提出了可减少串并联变流器与电网之间能量交换、提高串联变流器利用率的新型功率流协调控制策略。时域仿真证实了相关结论的有效性及协调控制策略的可行性。     

一种新型全桥变桥臂型VSC-HVDC变流拓扑

目前广泛应用于VSC-HVDC的变流方案主要有3种:HVDC-light、HVDC-Plus和变桥臂多电平拓扑(alternativearm multi-level converter,A2MC)。A2MC结构采用变桥臂技术,在直流母线、损耗、子单元数量上与另外两种方案相比都有所改进。基于变桥臂变流原理,提出一种全桥型变桥臂多电平变流拓扑(full-bridge alternative arm multi-levelconverter,FA2MC),对柔性直流输电变流器性能进一步优化。系统阐述该拓扑结构的工作原理,并对FA2MC结构、A2MC结构和模块化多电平变流(modulator multilevelconverter,MMC)结构的子单元数量、IGBT数量以及损耗进行数学分析和理论推导。所提出的FA2MC结构在A2MC结构的基础上进一步降低了直流母线电压等级、子单元和所需IGBT数量,并且延续了A2MC结构损耗较低、具有直流侧故障阻隔能力的优势。仿真与实验结果验证了新拓扑结构的正确性和有效性。     

电压质量调节器中晶闸管的强制关断技术

常规电压质量调节器VQC(Voltage Quality Conditioner)的串联补偿部分使用变压器串联到配电网中,但是变压器存在磁饱和问题,易产生破坏性的冲击电流。提出利用双向晶闸管构成开关设备取代变压器结构来解决该问题,并分析了其结构特点及应用。针对晶闸管自然关断带来的滞后补偿问题,提出VQC中晶闸管的强制关断技术原理和控制策略。根据VQC中负载的特性、负载的大小以及逆变器的输出电压幅值和方向对晶闸管关断的影响研究,确立了强制关断原则,分析了晶闸管关断时间与逆变器输出电压、负载特性、负载大小之间的对应变化关系。仿真与实验分析验证了所提出强制关断策略的有效性与可行性。     

一种具有故障隔离能力的MMC-HVDC换流站子模块拓扑研究

针对典型半桥型模块化多电平换流器(MMC)无法阻断直流短路故障电流的固有缺陷,提出一种串联型双电容箝位型子模块,并结合传统半桥型子模块,设计成混联型桥臂拓扑,采用更低额定工作电压的IGBT,实现子模块基本功能的同时,增加了故障电流隔离能力。与全桥子模块结构和箝位双子模块结构相比,所提出的子模块拓扑方案进一步降低了器件成本。详细描述了该方案故障电流阻断机理,并通过电磁暂态仿真模型验证了基于该子模块拓扑的换流站方案的可行性。     

变流器外特性下垂并联控制方法的分析、设计和性能比较

外特性下垂并联控制方法主要有两种实现形式:负载电流前馈方式和减弱电压控制环方式.本文通过建立数学模型给出了这两种方式的实用设计方法,并对其动、静态性能进行了对比分析,指出减弱电压控制环方式单位输出阻抗的带宽约等于电压环带宽,而负载电流前馈方式下则约为电压环带宽的一半.如果负载电流通过观测器得到,则带宽最差情况下将下降到电压环带宽的三分之一.最后通过实验验证了理论分析的结果.     

基于SiC-MOSFET的三相谐振LLC变换器设计

风能作为使用最广泛和发展最快的新兴可再生能源之一,风电机组中变桨充电器设计面临小型化与高功率密度的发展趋势,针对变桨充电器中DC/DC电路拓扑进行了分析研究,在选取碳化硅(SiC)-金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件的基础上,以三相谐振LLC电路拓扑为研究对象,对其设计方案进行了详细分析,并研制了基于SiC-MOSFET的三相谐振LLC变换器实验样机,通过对样机的实验研究验证了设计方案的准确性与合理性。     

锂离子电容器在新能源领域应用展望

锂离子电容器(LIC)作为一种新型电化学储能技术,具有超高功率密度、较高能量密度、长寿命、高安全、全寿命周期运行成本低、温度范围宽、易回收再利用等特点,成本介于锂离子电池(LIB)和双电层电容器(EDLC)之间,具有巨大的市场应用价值和竞争优势。本文阐述了锂离子电容器结构、工作原理、技术特点以及发展历程,基于锂离子电容器作为功率型储能器件既可以单独使用,同时也可以与其他储能器件(如锂离子电池、燃料电池、铅蓄电池等)组成混合储能系统使用,本文重点分析了锂离子在微电网、电力调频、风电变桨系统、城市轨道交通、新能源汽车等新能源领域的应用,最后对锂离子电容器未来技术发展及应用前景做了展望。