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关键词： 电力电子变压器   负荷灵敏度在线辨识   电压/频率特征系数   柔性负荷控制   切负荷  

摘要： 负荷灵敏度在线辨识(OLLI)是一种新的负荷建模方法,将该方法应用在基于电力电子变压器(PET)的交直流微网中,实时准确辨识系统负荷模型,在此基础上利用PET的高度灵活可控性,为电网提供更多辅助服务。首先,本文对负荷灵敏度的定义式进行简单介绍,并根据定义式给出了系统综合负荷总静态电压特征系数和频率特征系数的理论计算值;再根据定义式的离散式搭建利用PET注入电压、频率扰动可实时计算负荷参数的辨识模型,并将辨识仿真结果与理论计算值进行对比,验证负荷灵敏度辨识模型的准确性;在此基础上,考虑分布式电源(DG)的接入对负荷灵敏度辨识结果的影响,并对不同渗透率下的影响进行仿真分析。然后,将OLLI分别应用在含有PET的低压交流微电网和交直流混合微电网中,实现柔性负荷的控制与管理。通过对含AC/DC/AC三级式PET的交流微网应用负荷辨识模型,考虑负荷的电压、频率特性,实时获得系统精确负荷参数;在此基础上,提出一种基于PET的电压/频率协调控制策略参与电网调度,依据所获负荷模型,PET跟踪系统柔性减载指令,实现交流微网柔性负荷控制及响应需求侧管理。除此之外,再将该辨识方法应用在交直流混合微网中,相比较单一的交流微网,不仅可以增大系统柔性可调节负荷容量,还可以利用PET的多端口分布式控制实现人为设定交流子网和直流子网参与柔性调节的负荷量。仿真结果表明,OLLI可以实时获得负荷模型参数,通过PET的协调控制,为电网柔性负荷控制提供技术支持。最后,针对以AC/DC两级式PET为核心的直流微网,提出一种基于OLLI的直流低压切负荷决策方法。通过控制PET直流端电压小扰动实现系统负荷电压特征系数的在线辨识;然后将辨识得到的负荷模型参数与直流微网中各调压单元的下垂控制特性曲线相结合,准确评估各节点负荷的切除对直流微网电压的影响程度,从而快速判定负荷切除点。通过搭建包含风/光、储能及多种特性负荷的直流微网仿真模型,验证当交流主网侧故障或分布式电源输出功率受限使直流电压低于下垂调压范围时,按照所提考虑负荷灵敏度的电压评估式判定负荷切除节点,系统直流母线电压与各调压单元工作模式能够按理论判定值运行。

关键词： 电力电子变压器   矿用变频器   PWM整流器   隔离变压   SVPWM  

摘要： 矿用变频器是实现煤矿井下机电设备变频调速的主要载体,可为煤矿企业节能降耗。但目前的矿用变频器自身无法隔离变压,与体积庞大的工频变压器分离放置占用过多井下工作空间,不能很好地适应煤矿井下特殊狭窄的工作环境。此外,实际工作中,矿用变频器输入级多使用二极管进行整流,使变频器功率因数和效率降低且能量只能单向流动。同时,传统变频算法控制输出的三相交流电压谐波含量高,波形质量差,不能高效地实现井下电机的变频调速控制。针对上述问题,本文以矿用变频器与电力电子技术为研究背景,首先在传统交-直-交型变频器拓扑结构基础上结合电力电子变压器,提出电力电子变压器矿用变频系统拓扑结构,包括输入级三相电压型PWM整流器,中间级DAB变换器和输出级三相变频电路。用DAB变换器代替目前变频器拓扑的中间直流环节,用DAB中的核心器件—高频变压器代替工频变压器,以减小变压器和变频器整体的体积和质量,提高变频系统的工作效率和电能利用率。其次,本文采用三相电压型PWM整流器代替二极管不控整流单元作为矿用变频系统的输入级,采用基于电网电压定向矢量的电压、电流双闭环算法进行控制,具有谐波含量低、功率因数可调等优点。同时,采用单移相算法控制DAB变换器,实现了变压器原副边的能量双向流动,电气隔离和电压等级的变换。并用Matlab/Simulink分别对双闭环控制下的三相电压型PWM整流器和单移相控制下的DAB变换器正向工作波形进行了仿真。然后,分析了SPWM与传统SVPWM算法的基本原理,实现过程及两者本质上的联系。介绍了一种基于120°坐标系的新型SVPWM变频控制算法,同时利用仿真验证了新算法输出三相变频交流电的可行性。最后,设计相应的硬件电路和软件程序,搭建电力电子变压器矿用变频系统实验平台,通过实验进一步验证提出的系统输出三相变频交流电的可行性。实验结果证明了本文提出的变频系统可实现隔离变压,输出的三相变频电压相位对称,波形质量良好。

关键词： 电力电子技术   无功补偿   自动控制  

摘要： 随着人们日常生活水平的不断提高,电力设施及电子设备等对现代人们的工作生活有着极大的便利性,由此而广泛的应用于社会运转过程中;不过,由于大量电力电子设备设施的应用,增加了电力资源的消耗量,由此而产生了大量成本的支出;为了改变这一现状,降低生产成本的消耗与支出,相关单位需要转变传统思想理念与工作方式,加强无功补偿方式的应用,在提高电力电子设备运转效率的同时,避免过多的能源消耗,为人们提供大量的电能资源,从而保障社会整体健康稳定的运转与发展下去.下面主要对电力电子技术在无功补偿自动控制中的应用进行分析探究.

关键词： 电力电子电路   碳化硅器件   故障特征提取   宽度学习   PSpice仿真  

摘要： 近些年来,得益于电力电子技术的进步,电力电子系统的应用领域正逐渐扩大。电力电子电路作为电力电子系统的关键组成部分,它的故障将会导致系统故障,严重时会使系统瘫痪,造成重大损失。因此,电力电子电路及其所在系统发生故障时,快速且高效的故障诊断方法极为重要,这使得电力电子电路故障诊断技术被广泛关注。随着人们对高功率密度和低损耗电力电子系统的不懈追求,以碳化硅(Silicon Carbide,SiC)为主的新型功率器件应运而生。为了更加可靠的应用SiC基功率器件,对其参数特性进行研究很有必要。本文首先研究了两种算法改进的宽度学习网络,用于典型电力电子电路故障特征提取及诊断中。其次分析了SiC MOSFET的通态电阻特性,并利用神经网络估算SiC MOSFET通态电阻。(1)首先,详细介绍了宽度学习网络的原理和整体流程,分别使用遗传算法和粒子群算法改进宽度学习网络结构,提高了宽度学习网络的整体性能。针对AC/DC型功率变换器功率开关管开路故障,设计了基于改进宽度学习的功率变换器故障特征提取方法;(2)其次,应用Cadence/PSpice仿真软件设计了AC/DC型功率变换器仿真模型,将功率变换器中变压器原边电流作为监测信号,设置仿真模型的故障模式,保存故障数据。验证了用遗传算法和粒子群算法优化宽度学习网络的有效性。设计实际硬件平台,将两种改进宽度学习网络用于实际功率变换器故障特征提取中,并与仿真实验结果进行对比;(3)最后,在Cadence/PSpice仿真软件中设计了SiC MOSFET通态电阻测试电路仿真模型,研究了温度、栅极电压和漏极电流对通态电阻的影响。设计实际硬件平台,验证仿真结论。然后,提出基于神经网络的SiC MOSFET通态电阻预测模型。比较SiC MOSFET通态电阻的实际测量值与模型的预测值,根据两个通态电阻的差值,对SiC MOSFET器件进行可靠性评估。

关键词： 电力电子技术   领域   研究热点  

摘要： 电力电子技术是助力国家电力产业稳步发展的重要技术支撑，在此领域中需不断吸收行业技术类专家深入研究，以推动国家建设过程的智慧化、现代化，提高自动化水平。其技术应用非常广泛，涵盖了电能使用的各个方面，涉足的行业涵盖了工业、交通、制造、国防等。做好电力电子技术领域的探索和研究，是推动社会发展的强大动力，本文对电力电子技术重要性及应用领域进行了详细介绍。

关键词： 交直流配电网   电力电子变压器   潮流计算   优化运行   负荷转供  

摘要： 当前,以可再生能源开发利用为特征的新一轮能源革命正在孕育发展,配电网中的可再生能源渗透率也在不断提高,未来配电网将朝着广泛存在分布式电源、储能系统与微网的方向发展。相较于传统交流配电网,交直流混合配电网具有可友好接入分布式电源、潮流可控性强、电能质量高、传输能力强的优势,是提高配电网应对系统不确定性能力的一种有效技术手段。电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)因其灵活可控的特性,可在交直流混合配电网中担任配电枢纽的角色,为了明确基于多端口PET的交直流混合配电网在稳态运行方面的诸多特点,本文从潮流计算、灵活运行优化、故障后负荷转供情况评估三个方面对其展开研究。首先研究了基于PET的交直流配电网潮流计算方法。本文从多端口PET的拓扑结构出发,建立了PET的稳态等效模型,针对PET端口所连接网络的特性,提出多端口PET的控制模式及潮流计算中的等效方法,进而构建了基于多端口PET的交直流配电网稳态潮流模型,根据潮流模型的特点设计了适用于该系统的潮流交替迭代算法。算例基于IEEE 33节点网架改造形成交直流配电网,对所提潮流算法及PET的潮流控制功能进行了仿真分析。其次,从灵活性角度出发提出了交直流配电网日前-日内多时间尺度优化调度模型。分析了系统中源-网-荷-储四种类型的灵活性资源对灵活性平衡的作用,在日前调度层采用多场景分析技术模拟可再生能源与负荷的不确定性,充分考虑灵活性与经济性制定灵活性资源的日前调度计划。在日内调度层引入模型预测控制方法,基于日内短期预测数据,使日内滚动调度策略在贴合系统实际运行状况的同时减小调整日前调度策略所需成本。基于凸松弛技术将所提的非凸非线性优化调度问题转化为二阶锥规划问题,通过算例仿真验证了所提模型的有效性。最后,提出交直流混合配电网负荷转供情况评估方法,以期能够合理并直观地定量评估故障发生后系统的负荷转供情况。提出交直流配电网N-1预想故障下基于PET的负荷转供策略,针对交直流配电网特点提出基于风险理论的系统负荷转供情况评估指标及评估框架,通过最优潮流计算求解在满足交直流配电网运行参数约束下的系统负荷转供情况评估指标,算例仿真分析了所提指标及计算方法的合理性。

关键词： 硬件在环仿真   数字信号控制器   双核数据交换结构   电力电子   实时交互  

摘要： 随着电力电子系统的规模和复杂程度不断增大,硬件在环(Hardware-in-Loop,HIL)仿真技术被越来越多地应用在系统的开发与设计中。本文研究设计了一款片上硬件在环仿真系统,系统由双核浮点数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、隔离式模拟数字输出接口和人机接口构成。双核浮点DSP中的一个核(仿真核)用于仿真实验对象,另一个核(控制核)用于控制实验对象,双核的数据交互可以实现对实验对象的开环特性测试和闭环控制,实现了基于单片处理器计算资源的半实物仿真系统。本文提出并研究了基于双核的片上硬件在环仿真系统(Hardware-in-Loop-on-Chip,HILoC)的架构,设计了系统仿真核与数字控制核之间基于中断配合的高速数字交换时序,对目标对象数值建模并提出了数值方程组内部加速迭代的算法。为了实现在环仿真的互动性、可视化以及硬件在环向硬件实物的设计迁移,分配了 TMS320F28379D的外设资源,设计了隔离的数字和模拟输入输出电路、辅助电源电路和人机接口电路,因此片上硬件在环系统具备以下功能:1.对象实时模拟;2.实物数字控制器与虚拟(数值仿真)对象的闭环互动;3.硬件在环设计向实物闭环系统的迁移验证。以Buck电路为仿真对象,对其输入扰动、负载扰动和占空比扰动时的系统暂态响应进行了仿真验证;并在输入扰动和负载扰动下进行了硬件在环(真实控制器)的仿真验证,并与商用Typhoon HIL仿真器进行了对比实验,验证了片上硬件在环仿真系统的有效性。以实物Buck变换器为控制对象,进行了硬件在环向硬件实物的设计迁移有效性的实验验证,结果表明,在相同控制器参数下,HILoC系统能够实现实物对象的闭环控制,接入的物理硬件电路能够在满足真实系统性能指标的运行环境中得到试验与测试,其仿真效果接近真实运行情况。本研究提出的片上硬件在环仿真系统不仅可以通过仿真平台验证控制器的设计性能,而且可以真实地反映控制器的动态特性和静态特性,降低了实际系统承受各种极限条件下的风险,提高仿真的真实性与开发效率。

关键词： 网络   不对称故障分析   电力电子化并网设备   内电势幅值/频率   时变幅频对称分量法  

摘要： 随着电力电子技术的高速发展,电力电子化并网设备在电力系统源-网-荷中的比例越来越高,已经大规模应用于可再生能源发电、超/特高压直流输电、柔性交流输电以及交流变频传动等领域。电力电子化并网设备的输出特性明显区别于传统同步发电机等电磁变换设备的输出特性,必将给含大规模电力电子化并网设备的电力系统安全稳定运行与继电保护带来新的挑战。为了服务于设备的合理设计及选型、继电保护装置的整定及安装,需要进行网络故障分析,尤其是网络不对称故障分析,以获得故障过程中网络电压/电流的幅值/频率及其特征。然而传统网络故障分析是基于相量法,认为网络故障分析是恒定幅值/频率激励下无源元件的开环动态过程分析,不仅没能认识到故障过程中网络各节点电压/电流的幅值/频率时变特征,也没能认识到网络故障分析应该基于设备激励-响应与网络激励-响应所构成的闭环系统动态过程进行分析。尤其是电力系统中同步发电机等电磁变换设备已被风机、光伏发电机组等电力电子化设备大规模替代,暂态过程中设备内电势幅值/频率将在较大范围内波动,不能简单地认为网络故障分析是恒定幅值/频率内电势激励下的开环分析。此外,为了分析网络不对称故障,传统电力系统基于相量提出了对称分量法,将复杂的三相不对称系统分析转化为简单的三相对称系统分析,但是电力电子化并网设备激励下网络各节点电压/电流呈现出时变幅频特征,不能简单地用相量进行描述,因此传统对称分量法已经无法适用于电力电子化并网设备激励下的网络不对称故障分析。为此,本文基于设备和网络的基本结构和功能,首先阐述了故障过程中多样化设备内电势的时变幅频本质;然后指出了电力电子化并网设备激励下网络不对称故障分析是由故障边界条件约束的时变幅频内电势激励下的非齐次线性微分方程组的解,并结合非齐次线性微分方程组解的形式和时域仿真说明了时变幅频内电势激励下网络电压/电流的时变幅频本质;最后提出了电力电子化并网设备激励下网络不对称故障分析的时变幅頻对称分量法,并结合仿真进行了验证。本文所提出的时变幅频对称分量法可以简化时变幅频内电势激励下的网络不对称故障分析,为电力系统中电气设备设计与选型、继电保护装置配置与参数整定以及事故分析提供重要的理论依据。

关键词： 电力电子变压器   环流抑制   直流母线电压波动抑制   协调控制   电网适应性  

摘要： 由电力电子变换器与高频变压器构成的电力电子变压器(power electronic transformer,PET)不仅具有电气隔离、电压等级变换的功能,还具有无功补偿、潮流控制、电能治理、可再生能源直流接入等功能。PET的主要应用场合有机车牵引、新能源并网、输配电网等领域。本论文针对PET并联运行时存在的环流、直流母线电压波动问题,以及PET并网适应性问题展开研究,提出了对环流及电容电压波动的抑制方案,利用阻抗建模的方法,研究了电路参数变化对PET电网适应性的影响。首先,根据高压侧与低压侧的要求,讨论PET的三级式电路拓扑,对每一级采用的电路拓扑、工作原理、控制方式进行具体介绍。其次,研究两台三级式PET并联运行时低压侧与高压侧的环流问题及抑制方法。高频变压器的隔离作用使PET两侧的环流可以分开研究,在研究一侧的环流时可以把其它级电路进行简化,以等效电路的形式表示,然后在等效电路中画出环流流通路径,给出环流定义,根据基尔霍夫电压定律推导出数学关系式,分析影响环流大小的因素。本论文提出一种对低压侧与高压侧均适用的环流抑制策略,利用MATLAB/SIMULINK建立仿真模型,仿真结果证明环流抑制策略的引入能够明显减小环流。针对低压侧中点钳位型变换器(neutral point clamped,NPC),搭建了两台PET低压侧并联的实验平台,实验结果再次表明本论文所提环流抑制策略的有效性。再次,研究PET并联运行时的协调控制。PET实际传输功率在跟随调度指令变化时,会引起直流母线电压的波动。为了保证直流母线电压的稳定,需要对直流母线电容电压的波动进行抑制。PET并联运行时,同时要考虑环流抑制问题,因此要对环流问题与直流母线电压波动问题实施协调控制。利用MATLAB/SIMULINK搭建了参考功率改变、功率翻转、PET投入切出等不同工况的仿真模型,仿真结果验证了本论文所提协调控制策略的有效性。最后,利用dq阻抗建模方法研究PET的电网适应性。针对PET低压侧基于NPC变换器的等效电路,建立小信号模型,考虑锁相环(phase-locked loop,PLL)、电流环控制环节的影响建立等效电路的dq阻抗模型,利用奈奎斯特稳定判据对PET接入弱电网下的并网系统稳定性进行分析。利用MATLAB/SIMULINK研究不同的电网阻抗、PLL控制参数、电流环控制参数对PET电网适应性的影响,给出系统稳定与不稳定条件下的频域阻抗和时域波形图,验证了并网系统参数对并网系统稳定性影响的分析。

关键词： 电力电子技术   电力系统   应用   发展  

摘要： 互联网技术的普及应用,电力系统向信息化和数字化方向发展,这使得电力电子技术的重要性得到有效凸显,因此,如何将电力电子技术有效应用于电力系统中成为全新的课题之一。本文进行详细的研究,此次研究对电力电子技术的重要性进行明确,从而使其能够在电力系统中有效实施。