针对常规Boost变换器的开关器件电压应力过大的问题,研究了交错并联Boost变换器。首先对交错并联Boost功率因数校正(PFC)电路在减小输入电流纹波、电感磁芯尺寸和输出电容电流方面上的优势进行推导;然后对变换器主电路的关键参数进行设计,设计基于平均电流控制的双闭环控制系统;最后仿真实验验证。结果证明交错并联Boost变换器在大功率场合中既能很好地实现PFC,又能有效地降低功率器件的电流应力、减小输入电流纹波和电感磁性元件的体积,提升功率等级。
为了规范公共充电设施运营管理,消除充电安全风险和防范安全隐患,提出一种基于F值评分法的安全风险评估方法。首先,通过调研分析不同类型的公共充电设施的实际运营现状,从而获取充电设施的典型风险点;其次,构建充电设施的安全风险评估模型,确定充电设施的重要评价指标来制定评价指标体系;最后,随机选取上海市的10个新能源汽车公共充电设施,开展充电设施的安全风险评估,并利用F值评分法进行综合评价。结果表明,所提方法具有极大的实用性和可操作性。
电动汽车续航里程短、充电时间长等问题严重制约其进一步发展,提升电动汽车大功率快速充电能力已成为电动汽车的新发展目标。解决动力锂离子电池大功率快充的热失控问题是支撑快充发展的重要前提。通过归纳国内外文献,首先阐明锂离子电池大功率快充触发热失控的机理;其次从快充策略、电池设计与制造工艺、快充热管理等方面的优化入手,厘清锂离子电池大功率快充热失控主动防控研究进展。为加快动力锂离子电池安全大功率快充的发展,提供热失控防控技术的开发思路。
为解决基于宇称时间(PT)对称原理的串联-串联(S-S)补偿原始无线电能传输(WPT)系统PT对称区域受限的问题,采用基于PT对称原理的S-PS拓扑多负载补偿系统,扩大系统高效工作的范围,通过引入合适的电容分配比可使输出功率提高50%;设计的磁耦合器实现2个接收线圈之间的解耦,解决其耦合干扰问题。仿真验证拓扑电路的有效性,磁耦合器在偏移条件下解耦条件依旧成立。
构网控制可有效提升储能系统对电网的主动支撑能力,但在电网黑启动过程中,构网型储能系统自身调频特性引起的频率偏差会影响频率的稳定性,严重时可能导致频率失稳,黑启动失败。为提高构网型储能系统黑启动过程中的频率稳定性,提出一种积分反馈频率无差控制策略。通过在原有虚拟同步发电机(VSG)控制环路中添加积分反馈环路、改变系统阶数,实现黑启动过程中频率的无差调节,且无须引入锁相环、无须切换底层控制策略。最后,通过仿真验证控制效果及关键参数的变化对于控制性能的影响,证明控制策略的正确性与有效性。
为解决高比例新能源并网的间歇性与不稳定性问题,同时提高其利用效率,针对基于全钒液流电池(VRFB)的构网型储能系统展开研究。采用多物理场耦合的VRFB混合模型,全面模拟其动态运行特性;设计基于直流母线电压外环的柔性充放电控制策略,并集成虚拟同步发电机(VSG)控制技术,实现对VRFB充放电的精确控制;最后,通过MATLAB/Simulink建模仿真验证策略的有效性。结果表明,所提策略长时放电能稳定输出端电压,在光伏/VRFB并网运行、调频调压及维持直流母线电压稳定等方面性能优异,验证了VRFB在构网型储能领域的应用潜力。
储能技术是指用于储存能源的技术手段。“十四五”期间,我国新能源发电装机规模持续增长,储能技术随之快速发展,国家及地方政府为保障储能技术的健康、快速发展,相继出台百余项相关政策。以国家政策为分析起点,总结国家层面储能相关政策要点,并梳理我国东北、西北、华北、华中及南方地区的储能政策和电力系统发展服务政策,通过对比各地区储能政策的差异,分析区域政策导向下的储能应用需求及发展趋势,论述我国储能产业未来的发展前景并提出发展建议。
基于当下市场流行的125 kW PCS模块,考虑电网阻抗因素,对并网运行模式下单个PCS和多机并联的PCS系统进行数学建模和阻抗分析,研究其在并网运行模式下多机并联谐振的抑制方法。从公共连接点分析多台PCS并联系统的系统侧阻抗,并应用叠加原理分析并网电流的变化,发现电网的线路阻抗与PCS相互耦合是引起系统谐振问题的关键。分析无源阻尼的谐波尖峰抑制,提出一种通过优化电容电流采样反馈环节来提供虚拟阻尼的有源阻尼控制策略。最后,通过Simulink仿真进行验证分析,结果表明采用有源阻尼控制策略的125 kW PCS多机并联系统在并网运行模式下,总谐波畸变率(THD)从9.67%降至2.02%,并网电流谐振尖峰受到很好的抑制。
在交流接触器电气性能试验中,通断过程中主电路电压、电流波形是判断试验失效原因和制定改善方案的重要依据。选取交流接触器接通分断试验和电寿命试验中几种典型的通断失效波形,对这些波形进行分析,并给出这些波形对应的失效模式及其机理。
以单相单级式光伏并网逆变器为研究对象,提出一种基于任务剖面的光伏逆变器寿命预测方法。将实际环境温度和光照强度作为任务剖面,向PLECS软件中导入绝缘栅双极晶体管(IGBT)的热阻模型,进行多次热仿真后得到结温数据。通过插值查表法得到1年的IGBT结温剖面,并通过雨流计数法以及解析寿命模型预测单个IGBT的寿命。最后,采用蒙特卡罗模拟法得到单个IGBT的寿命分布函数,通过串联框图法得到单相单级式光伏并网逆变器的4个IGBT即IGBT系统的不可靠度分布函数。预测结果符合光伏逆变器的使用寿命通常在15 a以下的实际情况。
交流接触器静态特性的计算是电磁系统设计的核心内容。以某型号三相交流接触器为例,应用COMSOL Multiphysics有限元软件仿真计算固定磁间隙条件下线圈电流、磁链与电磁吸力,通过提取的有功功率和无功功率研究能量转换关系,并分析线圈电压、磁间隙对电磁吸力的影响。结果表明,实验测试结果与仿真结果具有很好的一致性。
随着“双碳”目标的推进,电力系统迎来深刻变化,大量分布式电源、可调负荷等灵活资源具有种类多、时间无序、点多面广等特性,造成电网可控性、调节能力不足。虚拟电厂作为我国实现“双碳”目标的重要路径,能够广泛聚合与调控需求侧多元资源,实现对分布式电源的响应分配、实时协调控制,在破解清洁能源消纳难题方面发挥着重要作用。首先分析建设虚拟电厂的必要性,然后设计虚拟电厂的架构,最后研究面向市场交易的虚拟电厂聚合调控算法。算法验证分析结果表明,虚拟电厂对提升新型电力系统灵活性、电力安全保供能力具有重要意义。
针对直流电弧分断特性,提出一种预测直流断路器电寿命预测方法。根据GB/T 14048.2—2020进行测试,并获取分断过程中的电压波形。将断弧发生一段时间内的电压信号经过CEEMDAN滤波后,作为网络训练样本。采用触头质量表示电寿命状况,利用线性插值得到触头质量下降曲线,并将其作为网络训练标签。采用Pytorch框架搭建一种残差网络(ResNet)的一维卷积结构预测模型。实验结果表明,所提方法对于触头质量的预测误差<10%,证明了所提方法可以用于预测GB/T 14048.2—2020标准下的电寿命。
针对星载雷达配套二次电源高功率、高效率、小型化的需求,提出一种二次电源设计方案。详细介绍电路设计方案和工艺设计方案,在电源模块内集成功率变换、电涌抑制、电磁干扰(EMI)滤波、保护等多种功能电路,工艺上以厚膜混合集成微组装工艺为基础,结构上采用双层组装结构设计,并进行仿真分析。最后研制样机并进行测试。经过测试验证,所设计的二次电源相比传统电源,体积缩减了85%、重量减轻了74%,可以为星载雷达配套二次电源提供小型化、轻量化的解决方案。
结合园区用能结构和实际用能需求,设计一套园区光储微电网系统。将光伏发电系统作为园区新的电能补充,降低向电网购电的用能成本;通过配置一定容量的电化学储能系统,实现园区用能结构的能量时移及备用电源支撑等多重功能。对微电网总体和子系统设计进行概述,并介绍微电网运行及试验情况。运营分析表明,系统可有效提高能源供需协调能力,推动清洁能源就近消纳,满足园区多样化用能需求,具有较好的应用推广前景。
采用有限元分析的方法构建18650锂离子电池组的集总参数模型,通过恒流放电实验获得电池关键参数,重点研究电池组老化不一致状态下的温度分布。 结果表明,老化电池内阻高导致其最高温度明显高于组内其他单体电池。1 C放电时,老化电池最大温升达到13 K;电池组放电倍率越高,老化对温度一致性的影响越大,当放电倍率为3 C时,组内的温度标准差达到2.09 K。研究结果对设计和优化电池热管理系统具有一定意义。
为提升高比例可再生能源的消纳水平和推进区域低碳化,建立电制氢合成甲醇的广义储能模型参与虚拟电厂(VPP)调度,提出考虑多元柔性负荷的VPP分层优化策略。其中上层模型通过广义储能跟踪风光发电并消纳部分出力,中层模型通过分时电价和激励进行负荷灵活调节,下层模型通过火电机组、广义储能以及对外界电能交易保证VPP电能供需平衡。使用CPLEX商业求解器对所建模型进行求解分析,并与多个VPP方案进行对比。结果表明,所提策略能够有效促进可再生能源消纳,提高VPP的低碳效益,对于工程实践具有重要理论指导价值。
基于声学成像原理,通过麦克风阵列检测电力设备局部放电时产生的声波信号,采用声学成像算法,实现对局部放电声源的定位,达到局部放电定位检测的目的。在比较分析多种声学成像算法的基础上,建立一种适用于局部放电定位的基于正交匹配追踪反卷积声源识别(OMP-DAMAS)改进声学成像算法。开关柜局部放电定位检测实验验证表明,OMP-DAMAS算法在保持高精度定位的同时,还显著缩短算法的计算时间,适合用于电力设备的局部放电定位检测。
针对锂电池容量衰退过程中容量再生和曲线持续波动导致的剩余使用寿命(RUL)难以精确预测的问题,提出基于变分模态分解(VMD)和改进滑动窗口(ISW)的长短期记忆(LSTM)神经网络预测模型。首先,使用VMD对容量数据进行分解,区分主退化和容量再生趋势;其次,利用ISW动态捕捉曲线波动,提高预测精度;最后,使用LSTM建模,LSTM和VMD的参数均使用贝叶斯优化(BO)寻优。采用NASA数据集实验验证,并在CALCE数据集上进一步验证,同时与SW-LSTM和ISW-LSTM模型进行对比。结果表明,所提方法具有更小的预测误差和更高的稳定性,能有效消除容量再生和曲线波动带来的影响,且具有泛化性能和实时处理能力。
针对传统接触器控制模型可靠性低、控制精度差等问题,提出一种基于无位置传感器的交流接触器吸合过程动态控制仿真分析方法。首先,根据交流接触器的磁路模型,推导出交流接触器动铁心的位移公式,形成位移估算器;在位移估算器的基础上进行吸力预测,并根据控制模型设计闭环控制器。其次,建立交流接触器的动态闭环控制仿真模型,通过对比分析交流接触器在非受控、脉冲宽度调制(PWM)分时控制和位移闭环控制3种模式下的闭合时间,证实位移闭环控制方案的有效性。最终,实验结果证实所提模型的精确度以及控制策略的实用性,为交流接触器的智能控制提供思路。
