关键词： 选择性保护   短路保护装置   母联开关   船舶直流电网  

摘要： 船舶直流电网具有短路电流大、电气特性易受电网杂散参数影响等特点,且受舱室空间限制,直流电网母联开关在故障关断保护性能不变的前提下需实现小型化和对称型拓扑。为解决船舶直流电网短路保护问题,文章通过典型直流电网多工况点仿真与试验相结合的方法,分析得出支撑电容器和母排的杂散参数影响短路电流的规律,即为保证器件安全,固态断路器关断时间应不大于200μs,且需解决母联开关关断时的瞬态过压抑制问题。根据分析结果,文章提出一种适用于船舶应用场景的固态断路器,其采用镜像对称型母联开关拓扑,并借助相应仿真分析对拓扑进行了性能优化。实际短路试验结果证实,所设计的母联开关能满足母排和支路短路时正常侧直流电网连续性供电条件。实船试验结果显示,固态断路器可实现100μs级关断,所设计的母联开关拓扑能满足船舶直流电网短路保护需要,且母联开关短路故障关断控制延时减小了关断过压波动,系统更安全。

关键词： 浮空器电源   直流升压变换器   非谐振线性软开关技术  

摘要： 临近空间浮空器在通信保障、地质勘探、科学实验等领域得到广泛应用，其电能变换设备因特殊的应用场景，要求具有高效、小型化和轻量化特征，又因浮空器电源中的光伏电池的输出侧端口电压较低，直流母线电压较高，研制出高效率、高功率密度和高电压增益的直流变换器对临近空间浮空器电源至关重要。在此技术背景下，本文基于可以实现高增益的箝位电容变换器和非谐振软开关技术，提出一种新型电流均衡非谐振线性软开关直流升压变换拓扑。所提出的新型拓扑能够实现所有开关管的零电流开通和所有二极管的零电流关断，同时能够消除因电容充放电导致的器件电流尖峰。最后通过仿真和硬件实验验证了所提拓扑的有效性和正确性，为临近空间浮空器电源中直流升压电能变换提供了一种新的拓扑选择。

关键词： 超导聚变   失超保护系统   爆炸开关   黑盒电弧模型   电路仿真  

摘要： 爆炸开关是一种由炸药驱动、快速响应、高可靠性的直流断路器,已在ITER、EAST等多种失超保护系统中得到应用。作为一种直流断路器,电弧是决定其换流过程的主要因素,其水下燃弧、熄弧的特性的相关研究是目前此类断路器设计中的空白。电弧动态模型是研究电弧特性的常用方法,当建立的模型与试验过程中所观察到的断路器性能有良好的对应关系时,模型可用于建立爆炸开关的结构设计和换相特性之间的关系,为开关的设计优化提供理论依据。通过分析对比了几种不同的电弧模型,给出了适用于爆炸开关设计过程中的黑盒电弧模型,应用了Parameter Sweeping Strategy,研究了电弧模型中的参数取值规律,并结合试验验证了这种模型的可行性,为中国核聚变工程试验堆(CFETR)失超保护系统中爆炸开关中的研制提供了理论依据。

关键词： 直流海上风电场   直流输出型直驱风机   全桥三电平DC/DC变换器   软开关   电流断续模式  

摘要： 随着海上风电场容量的扩大和离岸距离的增加,避免了无功电压问题的直流风电场得到了日益广泛的关注。直驱风机作为海上风电开发的主流机型,通过DC/DC变换器的设计可实现直流并网。首先,依据机组直流并网需求提出了一种二重化三电平软开关DC/DC变换器方案,在减小变换器体积的同时有效降低了变换器的开关损耗;其次,在详细分析子变换器工作原理的基础上给出子变换器重要参数的设计方法;然后,依据DC/DC变换器的控制目标,给出了其在稳态和故障阶段的控制策略,实现了机组的安全稳定高效运行;最后,通过仿真算例验证了所设计的DC/DC变换器拓扑的优越性和控制策略的有效性。

关键词： 高压直流   电网换相换流器   开关函数   动态相量   简化阻抗  

摘要： 研究换流器的阻抗频率特性对分析高压直流(HVDC)输电系统的稳定性具有重要意义。提出一种基于简化开关函数的电网换相换流器(LCC)直流侧简化阻抗建模方法。首先通过对LCC换相过程进行数学推导,提出了LCC简化开关函数;然后基于动态相量法,通过LCC交、直流之间谐波传递的分析和计算,得到了LCC直流侧简化阻抗;最后在PSCAD中建立了仿真模型,仿真结果验证了所提方法的有效性,且相比未简化方法提升了计算效率,计算结果更为可靠。所提方法能够降低建模复杂度,可为分析大型复杂系统稳定性提供LCC直流侧阻抗的快速计算模型。

关键词： 直流高速开关   绝缘性能   直流小电流开断   长时直流燃弧耐受   磁流体动力学仿真  

摘要： 直流高速开关(high speed switch,HSS)是多端直流输电系统中的关键设备。HSS的性能参数直接影响到多端直流系统的送电能力和运行灵活性。为了研制性能参数更优的±800 kV HSS产品,提出在长时直流耐受、直流小电流开断和直流燃弧耐受3大关键性能方面需解决的问题。结合内外绝缘仿真优化和样机绝缘验证,实现样机具备DC1224 kV/1 h湿耐受的绝缘性能;通过小电流开断的磁流体动力学仿真,获得了HSS开断小直流电流时灭弧室内部的温度、压力分布规律;试制了小直流开断实验样机,样机实验在1 kV恢复电压下最大开断电流达到350 A。通过长时燃弧的磁流体动力学仿真,获得了4000 A直流电流开断过程中灭弧室内部的温度、压力分布规律。该研究为性能参数更优的±800 kV HSS产品研制奠定坚实基础,对提高多端直流输电系统功率连续性和安全稳定运行具有重要意义。

关键词： 直流配电网   直流变压器   模块化多电平结构   电流应力   零电压开关   移相控制  

摘要： 针对模块化多电平开关串联型直流变压器在中压侧端口电压偏低和轻载情况下存在电流应力增大、运行效率降低的问题,提出了一种基于低压侧全桥内移相控制的电流优化控制策略。通过移相控制,在高频变压器端口产生零电平区间,抑制了传输电感电流尖峰,降低了器件电流应力及损耗。通过研究该直流变压器的工作模式,分析电流应力,以电流应力优化为目标制定优化控制策略。该策略采用分段计算移相角的方法,在维持开关管软开关特性的同时达到良好的闭环控制效果。最后,通过仿真和样机实验验证了所提优化控制策略的有效性。

关键词： 多端混合直流输电   直流并联高速开关   长时燃弧耐受   直流开断特性  

摘要： 多端直流输电技术可有效缓解中国输电走廊紧缺问题,并解决大规模的清洁能源并网,通过配置直流高速开关(high-speed switch,HSS),可实现多端直流系统第三站的在线投退及直流线路故障快速隔离。但目前国内缺乏±800 kV HSS设备的制造技术与试验经验。为掌握核心技术,文中首先简要介绍多端直流输电工程对HSS的功能需求,提出HSS的运行工况及关键技术参数。其次,着重介绍研制±800 kV HSS特殊性能验证试验,包括长时燃弧耐受关键技术及无震荡回路开断直流关键技术及其研究现状,提出了±800 k V HSS关键性能的考核方法和型式试验要求,并对其下一步的研究方向给出了建议。

关键词： 直流高速开关   断口   外绝缘   有限元法仿真  

摘要： 直流高速开关(high speed switch,HSS)作为多端柔性直流输电系统的关键设备,其可靠性具有重要意义,而断口外绝缘特性是影响HSS安全稳定运行的重要因素。文中采用有限元法针对HSS实际运行工况进行建模仿真,根据断口内绝缘及外绝缘的电场分布获得最恶劣的运行工况,研究该运行工况下HSS断口外绝缘在淋雨与污秽等环境下的电场分布特性,分析有限空间内断口加长提高外绝缘性能的可靠性。研究结果表明:实际运行过程中,HSS一侧隔离开关拒动、一侧通过阀侧接地为最恶劣的运行工况,在该运行工况下,淋雨环境中断口伞裙电场分布均匀,但电场强度整体增加,污秽条件下外绝缘电场分布与干燥条件下相似,但在高压端电场畸变程度显著增加;随着断口长度、外绝缘爬电距离增加,外绝缘电场模值整体下降,断口长度的改变对隔离开关外绝缘性能影响较小。以上研究对HSS断口外绝缘优化设计具有一定参考意义。

关键词： 永磁闭锁机构   永磁操作机构   磁路分析  

摘要： 针对广州地铁某线路直流牵引系统,着重分析了NDC直流开关永磁操作机构、永磁闭锁机构、大电流脱扣装置、无源转移线圈等部件的结构功能,对NDC直流开关的操作机构合闸和复位过程、分闸和大电流脱扣过程及磁吹灭弧过程的磁路变化进行了详细论述,总结了NDC直流开关分合闸、复位、脱扣及磁吹灭弧的原理,为NDC直流开关的维护及故障处理提供了参考。