125 A壳架以下塑壳断路器是塑壳断路器中的主力军,对其进行的整合提升主要是将63 A、100 A壳架产品提升至125 A,其中又以短路分断为主要难点。通过产气材料,初步增加分断能力;通过栅片电压测量分析,对灭弧室的栅片灭弧情况进行量化数据分析;通过电磁力的仿真,优化触头部分的磁场。通过改进设计,新的125 A壳架产品可代替原有产品,满足性能,同时降低主要产品的成本。
相较于机械式断路器,固态断路器因其更快的分断速度和更高的寿命等优点被广泛关注。介绍了一种基于SiC器件的低压直流固态断路器拓扑和工作原理,分析其技术难点,包括低感封装及器件设计、隔离开关技术和快速故障识别技术。研制了一种±375 V直流固态断路器样机,同时进行了故障电流关断测试和温升测试。结果表明所设计直流固态断路器能够在百微秒内实现1 kA短路电流分断,并具备快速故障识别、保护曲线可编程、外部通信与远程控制等功能。
以商用无序结构Cu-W触头及3种微观定向结构Cu-W复合材料触头为研究对象,建立接触器触头弹跳动力学模型、电磁模型以及触头力学模型,实现接触器机-电-磁多物理场耦合仿真分析,研究3种微观定向结构和商用无序结构Cu-W触头承受载荷后的应力、应变差异,以及对触头弹跳的影响。最后,通过试验验证,发现微观定向结构触头的弹跳幅值更小,弹跳时间更短。结果表明微观定向结构Cu-W复合材料触头对比商用无序结构Cu-W触头具有良好的抗弹跳特性,其中菱形十二面体骨架结构Cu-W触头抗弹跳特性最优。
基于磁流体动力学理论,考虑空间湍流影响,搭建多物理场耦合中压直流空气断路器大空间、全动态电弧模型,对中压直流空气断路器短路开断电弧进行仿真研究。结果表明:中压直流空气断路器在短路开断电弧过程中,弧根转移会导致弧压、弧流及功率出现波动,电弧弧根出现黏滞现象;栅片间弧柱区会产生电弧反向现象;电弧熄灭速度与外施磁场大小成正相关,但变化趋势并不呈现线性关系。为解决中压直流空气断路器短路电流开断困难问题,提供理论依据。
结合汽车电动化给各行各业带来新机遇的大背景,阐述新能源应用领域新型高压直流接触器灭弧方案。为提高直流接触器的灭弧能力以适配逐渐升高的电压等级,研制了一种基于旋转灭弧的原理样机。结合建模仿真与实际工况,验证产品的电气性能与极限分断能力,并给出了试验波形。结果表明旋转灭弧技术路线利用空气介质可以提高性能指标。
高压直流继电器的结构一般都十分紧凑,没有设置灭弧室,导致灭弧难度大。为此,研发了新型大功率直流继电器。区别于传统继电器,新型继电器利用电机带动齿轮传动机构进行动、静触头分离,小巧的传动机构使得分断间隙足够,可以达到12~15 mm,能够高效分断高电压大电流。基于磁流体动力学模型,使用Comsol Multiphysics有限元软件建立新型继电器二维对称模型,并对不同因素下的电弧进行仿真,分析不同因素与燃弧时间之间的关系,从而确定各个因素合适的取值范围,同时也证明了新型继电器的灭弧能力。
基于局部放电检测是电气设备绝缘状态评估重要和有效的方法,变压器发生局部放电时在其铁心接地线会产生高频脉冲电流,同时变压器铁心泄漏电流也可反映变压器铁心多点接地故障,提出一种使用超带宽高频电流互感器监测变压器局部放电故障与铁心多点接地故障的联合诊断方法。搭建局部放电检测系统模拟变压器的局部放电,设计了两种信号预处理电路分别提取变压器铁心接地线高频电流以及泄漏电流信息,使用谐波分析法提取泄漏电流的基波幅值,针对变压器局部放电故障电流采用基于遗传算法的BP神经网络进行故障分类,并验证了模型的准确性。
常规电流注入式直流断路器采用快速真空开关并联包含IGCT的电力电子组件,来实现断路器额定电流与短路电流开断的任务。针对单断口直流断路器,在额定电流开断过程中,快速真空开关断口电流自然转移至IGCT电力电子组件存在换流失败现象,以及大短路电流开断工况下,快速真空开关断口存在一定概率出现电弧重燃现象,提出由两台快速真空开关串联的设计方式形成双断口直流断路器的改进方案,并对两台快速真空开关影响开断性能的主要参数进行边界能力分析。通过仿真与实验验证,双断口直流断路器可以有效消除换流失败与电弧重燃现象,从而提高断路器的可靠性以及工程实际应用的可行性。
为研究接触器在振动环境下的失效机理,以某高压直流接触器为例,建立其四自由度振动系统的数学模型,并采用基于方程的Modelica语言进行求解。通过定义加速度放大系数及影响因素分析,发现随着垫片刚度的增大,加速度放大系数显著降低,产品耐振动性能显著提高。最后,在振动试验台上实测安装两种不同材质垫片时的加速度放大系数,与理论计算结果基本吻合。所得结论对产品抗振动设计具有实用价值。
研究继电器个体的可靠性具有重要意义,有必要对继电器进行寿命预测。由于传统预测方法的建模过分依赖于设备的领域知识,故将深度学习应用于寿命预测领域。首先概述了继电器的贮存失效机理,其次介绍了继电器剩余使用寿命预测的研究现状,接着分析了深度学习的几种常见模型方法及其特点,最后对深度学习应用于剩余使用寿命预测进行展望。
随着电力系统的发展,电网频率稳定运行迎来巨大挑战,发电侧调频成本也日益激增。为应对电网面临的诸多不利影响,使负荷侧参与电网调频,提出基于改进下垂控制的变频空调参与一次调频的分层控制策略。根据变频空调的工作特性,建立基于一阶物理模型的负荷聚合商模型;考虑空调温度状态(SOA),对普通下垂控制模型进行改进,并且考虑用户舒适度,建立基于SOA优先级列表的变频空调有序参与响应控制策略。所提策略能高效调度变频空调,调节系统频率。
针对I型三电平储能变流器(PCS)固有存在的中点电位不平衡问题,基于空间矢量调制方式分析了中点电位不平衡原理,提出结合七段式和五段式的混合调制策略。在中点电位偏移较大时,采用带可变平衡因子的七段式空间矢量脉宽调制(SVPWM),迅速调节中点电位;在中点电位偏移较小时,采用大电流不开关五段式SVPWM,有效减少开关管开关次数,降低损耗。搭建1台12 kW PCS样机,实验结果表明,所提混合调制策略相较于传统七段式调制策略,中点电位偏移以及波动降低,且样机效率提升了约0.3%。同时,验证了所提混合调制策略的正确性和有效性。
利用Motion模块,对系列万能式断路器操作机构及触头系统的储能、合闸、分闸3个过程进行运动仿真。首先通过UG建立三维模型,运用布置功能建立3个初始状态,作为3个运动过程的动力学模型。其次根据实际运动关系,设置零部件运动参数,求解得到动态运动特性,包括力、时间、扭矩等,分析操作机构、触头系统主要结构参数对运动特性的影响。通过分析可知,机构不会出现假合闸,且分闸时间在10 ms内。与试验数据相对比,保证动力学模型和仿真结果正确度。在此基础上,梳理运动仿真过程中关键参数调整与注意事项,为优化设计和性能提高提供可靠方法。
针对双有源桥DC-DC变换器在功率传输过程中回流功率过大的问题,基于双重移相控制,提出一种分段优化控制策略对回流功率进行优化。通过定义功率分段点,对输出功率进行分段。当输出功率低于功率分段点时,电路实现零回流功率运行;当输出功率高于功率分段点时,电路实现最小回流功率运行。最后,搭建了1台250 W的实验样机。实验结果表明,与传统移相控制方式相比,分段优化控制策略能有效减少双有源桥DC-DC变换器的回流功率,提高电路工作效率。
为了提高传统电磁式接触器分断电流的能力,并解决大开距下合闸功耗高、动铁心冲击力大、铁心磨损严重等问题,设计一种具有可控开距的接触器。通过结构改进,增大传统交流接触器结构层面可打开开距,利用基于单片机的控制电路识别分断电流,并在分断过程中对励磁线圈施加不同宽度的脉冲电流,使接触器在不同分断电流下具有不同的开距,完成分断后触头回到小开距的平衡位置。通过实验,验证了所设计的接触器具有可控开距的功能。
在简述塑壳式断路器操作机构的动作原理基础上,以某型号双断点塑壳断路器为设计研究对象,运用ADAMS分析软件计算得出触头三要素、触头分合闸速度、机构分合闸力、分合闸行程、分合闸时间等操作机构的重要参数。仿真得到的参数与样机的实测参数误差极小,进而为塑壳断路器操作机构关键参数的设计提供了一种方法。
对永磁同步风力发电机转子早期动偏心和早期静偏心故障的特点和诊断方法进行研究,通过Ansys建立永磁同步风力发电机的早期动偏心和早期静偏心模型,提出一种基于CNN-LSTM的故障诊断和分类方法。通过对永磁同步风力发电机定子三相电流及其Welch功率谱数据的分析,判断是否为正常的动偏心趋势和静偏心趋势;然后通过空载电动势对不同故障程度进行分类。最后,在神经网络模型中完成故障诊断和分类任务。所提方法大大降低了设备维修成本,可准确快速地识别转子早期偏心故障。
为了提高光伏出力的预测精度,提出了一种将自适应噪声完备集成经验模态分解(CEEMDAN)算法与改进的长短时记忆(LSTM)神经网络相结合的短期光伏功率预测模型。首先,利用CEEMDAN算法对光伏功率序列进行分解,得到子序列分量。然后,使用改进的LSTM神经网络对各个子序列分量分别进行预测,用粒子群(PSO)算法优化LSTM神经网络隐藏层神经元个数、学习率与训练次数,同时使用注意力机制优化训练过程中的概率分配。最后,叠加各分量预测结果,得到最终的预测值。算例分析表明,所提模型的3个预测评估指标MAE、RMSE、R2均为最佳,验证了所提模型的优越性。
针对通信用直流断路器的额定直流工作电压特点,利用大容量多磁路变压器,设计一种针对通信用直流断路器的短路测试系统。系统采用内置整流电路、就近增加调节阻抗,采用独立的控制系统和移动式测量系统等,实现额定电压DC 100 V及以下短路电流能力最大至25 kA测试,适用于通信用直流断路器的短路测试。
航空航天用密封电磁继电器对长期带载可靠性要求较高,通常使用加速退化试验预测其可靠寿命。多应力的加速退化试验中,要求密封电磁继电器失效机理一致,否则得出的寿命预测将有较大偏差。因此加速退化试验失效机理一致性研究,对提高密封电磁继电器可靠寿命预测的准确性具有重要意义。首先基于似然比检测原理,提出一致性判别准则;进而对某典型密封电磁继电器设计加速退化试验,分析试验数据,运用所提准则对其进行一致性检验;得出一致性结论后,实施破坏性物理试验分析永磁体和簧片的退化,对结论进行验证,得到所提一致性判别准则的有效性。
