关键词： 直流断路器   快速机械开关   典型故障特性   可靠性提升措施  

摘要： 直流断路器是构建柔性直流电网不可或缺的关键设备。快速机械开关是直流断路器中承载电流、实现快速分合闸、耐受分闸恢复电压的核心组件,其结构复杂、动作速度快、电气应力严酷、可靠性要求高,因而设计研制难度大,任一环节出现问题均会影响直流断路器乃至柔直电网的安全可靠运行。然而,目前快速机械开关由于存在设计选型不合理、工艺管控不严格、试验考核不完善等问题,导致在实际工程应用中故障率较高。针对已应用于张北柔性直流电网试验示范工程的500 kV直流断路器,分析了直流断路器研制、调试、运行过程中快速机械开关典型故障的特性及原因。在此基础上,围绕快速机械开关典型故障从设计选型、生产制造、试验考核等方面入手,有针对性地提出可靠性提升措施,为500 kV直流断路器快速机械开关设计研制和运维检修提供了指导和依据。

关键词： 特高压   直流中性线   母线搭接   开关电容   稳压控制  

摘要： 当前,母线开关电容稳压控制节点布设多为分散状态,虽然可以达到预期的控制效果,但控制结果的谐波波动幅度变大。主要研究了不同负载下的特高压直流中性线母线开关电容稳压控制技术,根据实际稳压控制需求与标准,预处理直流母线开关电容稳压控制环境,构建多层级聚集的节点布设结构,扩大对应的控制范围,实现集成稳压控制节点的设定,在不同负载下设计开关电容稳压拓扑控制结构,采用定占空比开关电容修正实现电容稳压控制,发现在不同负载环境下,该项技术对线路运行出现的谐波波动幅度处理效果较好,能提高母线开关电容稳压的实际控制程度,具有实际应用价值。

关键词： 无刷直流电机   转矩脉动   滑模观测器   自适陷波器   谐波抑制  

摘要： 无刷直流电机具有高效率和低噪声优点,在高速开关(high speed switch,HSS)的驱动方面具有良好的应用前景,但是电机转矩脉动会影响高速开关的稳态和动态调控性能。为此,研究了一种基于优化滑模观测器-自适应陷波器-直接转矩控制(SMO-ANF-DTC)的转矩脉动抑制方法。通过构建外环速度环和内环电流环的双闭环控制提升系统的精确度和抗干扰能力;在直接转矩控制基础上加入优化滑模观测器和自适应滤波器,进行电机驱动的谐波抑制。该控制方法在进行转矩脉动抑制的同时,提升了电机控制的精度和稳定性。通过仿真对比了传统控制策略与提出控制策略的相电流波形和转矩波形,在使用SMO-ANF-DTC控制方法后,相电流输出波形与转矩波形顶部的波动明显减少。结果表明所提出的控制策略能够提升电机的性能。

关键词： 中低压直流开关电器   分断能力检测   标准  

摘要： 随着直流开关电器日益广泛地应用,我国目前与之匹配的标准和检测能力却仍显不足。梳理了直流断路器、直流熔断器、直流接触器3类中低压直流开关电器现行的国家标准和行业标准,从标准分布、标准制修订、标准采标等情况总结了我国现行标准体系的特点。首先厘清标准的适用范围,详细对比了上述标准的适用对象和产品主参数;其次,以直流开关电器的分断能力为重点研究对象,对上述标准的分断能力表征及其限值进行了比较;最后,对上述标准分断能力试验的试验方法、试验步骤、试验电路进行了详细对比。对系统了解我国中低压直流开关电器分断能力的检测方法标准及试验系统设计具有参考意义。在上述分析基础上,总结并展望了目前直流开关电器试验系统及检测标准的难点及未来发展方向。

关键词： 重点项目   电网电源   直流开关   光伏电站   达索   光伏发电站   供电能力   平稳安全  

摘要： 2022年12月31日,随着第一台光伏逆变器直流开关的闭合,中电建昌都江达索日光伏发电站并入西藏电网。该项目投产发电对提升昌都市电网电源供电能力,保障电力供应平稳安全,保障经济社会健康持续稳定发展,保障基本民生用电需求具有重要作用,也是自治区“十四五”期间电力保供的重点项目。

关键词： 直流系统   拉绳开关   跳闸   故障处理   蓄电池  

摘要： 在发电厂、变电所直流系统中,普遍采用蓄电池组作为直流电源。直流电源为给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统是一个独立的电源,它不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响,并在外部交流电中断的情况下,保证由后备电源一蓄电池继续提供直流电源,所以保证直流系统的稳定运行至关重要。传统的输煤皮带机拉绳开关触点并联到跳闸回路中,回路是由直流电源控制,改进型的拉绳开关回路是在原有的二次回路上先将拉绳开关接到一个带有保险端子排的转接箱内,最后接到皮带机开关柜的交流回路中,并且通过增加断路器及扩展继电器的方法,将二次回路设计成交流、直流交替控制,克服了传统回路由于拉绳开关引起的直流接地故障,也能直观地判断某个拉绳开关故障。

关键词： 直流负荷开关   电流转移   电弧电压   重合闸   直流配电网  

摘要： 为解决直流开关设备成本较高的问题,提出一种经济型直流负荷开关的技术方案。结合所提出的技术方案,研究电流基于电弧电压向电力电子器件自然转移与电流基于电力电子器件强制转移的技术原理;根据实际参数建立仿真模型,模拟了负荷电流及小电流的开断过程;针对原理样机进行开断试验,验证了所提技术方案的可行性。研究表明:所提技术方案可实现双向开断,无需辨别方向,3 ms内快速截断故障电流,且减少电力电子器件的使用数量,为经济型的直流开关研究提供一个新的思路。

关键词： 直流电网   四开关变换器   柔性互联开关   功率协调控制   母线电压优化  

摘要： 由于光伏发电、风力发电等新能源发电具有随机性和间歇性,使分布式电源在并网运行时面临着出力波动大、运行控制难度高和消纳困难等问题,而直流微电网作为实现直流型分布式电源与直流型负载灵活组网的有效途径,有效解决了新能源接纳等问题。在直流微电网中,分布式能源逐渐增多的同时,低压直流负荷也需满足多电压等级供电需求。因此多个低压直流微网会集中在相邻区域,多个直流微电网通过柔性互联能够实现更大范围的资源整合。柔性互联开关作为直流微电网间互联的关键装备,能够实现直流微电网间功率互联与灵活转供,对再生能源的充分消纳有积极作用。基于此,本文对多端低压直流柔性互联开关的拓扑设计、控制策略以及系统优化运行进行了相关研究。 通过分析目前应用于直流微网柔性互联的DC/DC变换器,本文提出了一种基于四开关变换器(Four-switch buck-boost converter,FSBB)的多端柔性互联开关拓扑,其具备输出电压宽范围、可实现故障隔离、模块化设计易于扩展端口数量等优点。由于各端口变换器存在多种工作模式,采用了双载波层叠三模式调制策略来实现各端口之间三种模式的平滑切换;进行了样机的电路参数设计、硬件设计与软件控制程序编写。在理论分析的基础上,搭建了48V/4k W实验样机,验证了多端柔性互联开关的有效性。 考虑到多端柔性互联开关需要多种模式以满足不同运行工况需求,对应给出了适用于不同模式下的单电流环控制策略、加入负载电流前馈的电压电流双闭环控制策略以及下垂控制策略。基于端口的控制策略与系统多种运行模式,设计了柔性互联开关的组合模式控制和端口双下垂控制策略,实现系统功率协调控制。对端口变换器多种模式控制下的稳态性能和动态性能进行了验证;并对多种工况下端口间的能量调度进行了仿真和实验,验证了本文多端柔性互联开关进行直流微网间多向功率控制的可行性。 多端柔性互联开关采用共直流母线型结构,运行时端口电压在宽范围内变化,各FSBB变换器存在多种工作模式,不同工作模式损耗不同。为此建立端口变换器损耗模型并进行系统运行损耗分析,给出了影响损耗的变量。并以多端柔性互联开关运行效率最优为目标,研究了不同工况下公共直流母线电压优化方法。最后通过实验验证了理论分析的正确性。

关键词： 直流升压变换器   双管开关电容   增益系数   电流纹波  

摘要： 随着清洁能源发电技术的不断完善，光伏发电装机容量不断提高。作为联系光伏组件和并网逆变器直流母线的重要环节，高增益、低输入电流纹波直流升压变换器逐渐成为研究热点。由于寄生参数等问题的影响，传统升压变换器无法适应某些场景下光伏发电系统对电压增益的要求，因此，相关学者通过改变拓扑结构提出了一系列改进的直流升压变换器。本文总结现有直流升压技术，以双管开关电容结构为基础，提出并分析了两种不同的高增益直流升压变换器。主要研究内容概括如下:　　首先提出一种双管开关电容变换器，通过将输出电容串入输入电感的充电回路提升变换器的增益系数，文章分析了变换器的工作原理并进行了仿真验证,为后续的高增益变换器研究提供了重要基础。同时针对光伏发电系统应用场景中对降低直流变换器输入电流纹波的要求，对无源零纹波电路(dynamic passive ripple cancelling circuit,PRCC)进行改进，改进的PRCC电路功能不变，但节省了器件数量，本文将改进的PRCC电路与双管开关电容变换器结合推导了实现零纹波的条件并通过仿真进行了验证。　　为提升双管开关电容变换器的电压增益，将其与开关电容网络结合提出了一种三开关电容变换器，使相同占空比下的电压增益提高到原变换器的三倍。对变换器两种不同工作模式进行了分析，同时推导了其处于两种模式之间的临界模式时相关参数的关系，进行了工作分区，为变换器设计提供了依据。仿真和实验结果证明变换器电压增益与理论分析一致。　　为进一步提高变换器电压增益，提出一种带耦合电感倍压单元的双管开关电容变换器，该变换器可通过改变耦合电感匝数比调节电压增益。由于同步通断的开关管将电容串联到耦合电感一次侧的充电回路，倍压单元中耦合电感二次侧电压也大大提升，从而使该倍压单元比传统耦合电感倍压单元升压倍数更高,同时耦合电感二次线圈串入开关电容网络，可以抑制电容充放电过程中产生的尖峰电流。文章分析了变换器不同工作模式下的模态并进行了公式推导，仿真结果验证了理论计算的正确性，最终实验证明该变换器能够实现较高的电压增益。

关键词： 灭磁开关   快速斥力机构   碟形弹簧   有限元模型   多目标优化法  

摘要： 新型快速斥力机构结构简单,响应速度快,应用于灭磁开关中可提高灭磁开关的快速性和可靠性,因此对其进行设计优化具有重要意义。具体研究内容如下: 本文首先分析了快速斥力机构的结构组成与工作原理,选择碟形弹簧作为机构保持装置并给出了一种设计方法。通过分析分闸过程的反力特性,重点进行反力归算,使机构出力特性与反力特性相匹配,以较好地满足快速斥力机构的驱动要求。 其次,针对以往采用“试凑法”设计快速斥力机构工作量大的缺点,本文提出了一种新的设计方法:通过应用场合对机构的运动要求,直接计算求解出快速斥力机构的结构参数和电气参数,进而得出一组基本满足要求的初始模型参数。 然后,根据初始模型参数采用Ansoft Maxwell软件建立快速斥力机构二维有限元模型,仿真分析快速斥力机构的分闸运动特性。基于参数化建模思想,研究快速斥力机构斥力盘和线圈各结构参数以及外电路电气参数对机构动态特性的影响,为优化提供理论与数据支持。仿真结果验证了设计结果的正确性,证明了设计方法的可行性。 最后,为快速斥力机构的优化设计引入多目标优化方法,以快速斥力机构1ms运动的位移s和驱动效率η为优化目标,以线圈和斥力盘的结构参数为优化变量,利用单一变量法对快速斥力机构进行优化设计,确定了最优模型参数。对快速斥力机构优化前后的性能进行了对比,证明了优化模型具有更高的驱动效率。