为研究小型断路器(MCB)外壳材料的机械强度、抗高温电弧能力、产气量和介质恢复强度等特性,以及结构形式对其短路分断能力的影响,基于小型断路器外壳材料从某热固性的团状模塑料(BMC)改为某热塑性的PA6尼龙塑料的设计和某PA6材料特性,对外壳结构进行初步优化,通过不同外壳材料与结构的组合方案进行短路分断试验并获得试验数据。基于试验数据与试验后拆样信息划分燃弧阶段,探究各阶段燃弧时间、能量分布、稳定性与外壳材料及结构的关系,进行二次结构优化设计,最终通过短路分断试验。试验结果表明,热固改热塑的结构优化合理,对小型断路器短路分断试验的分析方法有效,可为同类产品热固改热塑设计与分析提供参考。
低压直流电弧精准检测与快速分断技术是保障低压直流配用电系统安全、稳定、可靠运行的关键。首先综述轨道交通新场景下发展的直流故障电弧检测技术,分析多类基于时频域特征构建算法和基于机器学习的智能模型设计方式,介绍采用电磁、电流信号等特征的多种直流故障电弧定位技术。其次综述面向低压直流系统的快速分断技术,概述传统机械断路器开断方法,介绍基于电力电子器件发展的混合式断路器和固态断路器研究进展。最终提出低压电器设计领域发展方向,以期为相关研究人员提供参考。
为解决传统动力学仿真结果准确性低的问题,采用虚拟样机技术,进行基于Maxwell 3D/ADAMS的断路器瞬时脱扣过程仿真。首先使用Maxwell 3D耦合外电路,建立脱扣器的电磁瞬时动态仿真有限元模型,计算得到瞬动电磁铁的运动特性仿真结果;然后将计算结果导入ADAMS软件,对断路器的瞬时脱扣运动过程进行仿真计算;最后对实际样机的瞬时脱扣试验进行高速拍摄。结果有效证明了联合仿真能够提升动力学仿真的准确性。
电弧重燃是延长高压直流继电器开断时间的重要原因。为了研究灭弧室内电弧重燃特性,利用Comso1 Multiphysics软件仿真获得永磁体磁场,作为电弧仿真的基础条件,仿真分析磁场强度、开断速度、触头形状和气氛压力作用下电弧动态特性及电弧重燃的原因;设计4因素3水平正交试验,并结合仿真研究各因素对电弧重燃的影响程度。结果表明,电弧间隙的散热条件和电弧电压反施加于弧隙的电场强度是电弧重燃的重要原因;散热条件越差或电弧电压反施加的电场强度越高,越容易发生电弧重燃;4个因素对电弧重燃的影响程度依次为开断速度、气氛压力、触头形状和磁场强度。
针对当前变电站倒闸操作票缺乏有效的防误校核手段、智能化程度较低等问题,结合深度强化学习算法,提出了一种基于知识图谱的变电站倒闸智能防误技术。首先,利用电网设备拓扑、调度防误规程等数据分别构建设备物理实体图谱和防误语义图谱,并自动融合形成调度知识图谱;然后,基于防误算法构建智能防误图谱,自动生成符合防误规程的最优倒闸操作序列,实现智能防误校核;最后,通过算例对知识图谱智能防误的实用性、深度强化学习的性能、智能防误效率等进行分析。结果表明,提出的智能防误方法在提升倒闸智能防误效率和准确性方面具有一定的优势。
微电网是一种智能化的控制系统,其运行效果与管控技术密切相关。为了实现微电网的精细化管理,开展了微电网运行过程评价研究,建立了包含有功功率控制、电压/无功调节、孤岛安全技术和能量优化管理4个方面的微电网运行控制关键技术评价指标体系;同时提出了基于改进变权评价方法的综合评价方法,解决了评价结果不能反映部分指标权重较小但指标值已严重偏离正常值的实际评价问题。最后,通过实际微电网运行评价算例,验证了提出的微电网运行过程评价指标体系和评价方法的有效性。
介绍了电磁继电器剩余使用寿命预测技术的研究现状,系统梳理并比较了现有的电磁继电器剩余使用寿命预测方法,综合评述了灰色系统模型、统计分析与神经网络等多种预测技术的应用,通过梳理近年来的研究文献,总结了各种方法的优势与局限性,以提升电力系统的可靠性。尽管各种方法均能在一定程度上实现电磁继电器剩余使用寿命的预测,但在准确性、适用性以及易用性等方面仍存在显著差异。未来研究的方向为研发集成多种预测技术的混合模型、实时监测数据的实用预测系统,以提高预测的准确性与适用性。
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。
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。
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。
针对临界导通模式(CRM) Boost-PFC电路开关管开通电压大导致开通损耗高、开通时du/dt大导致电磁干扰(EMI)的问题,提出一种改进的软开关恒定导通时间(COT)控制方法。电路的开关管自适应地在低输入电压瞬时值时实现零电压开通(ZVS),在高输入电压瞬时值时实现谷底导通,降低开关管的导通电压,减小了导通损耗;降低导通时开关管的du/dt,改善了电路的EMI性能。分析CRM Boost-PFC电路及所提控制方法的原理和工作过程,并探讨所提控制方法对电路EMI特性的影响,开展关键参数设计。最后,通过仿真和实验给出了样机的输入输出特性曲线、效率曲线和EMI特性曲线,验证所提控制方法的有效性。
为满足脉冲负载直流变换器高功率密度和高动态响应性能的要求,研究了一种应用于脉冲负载的两级式直流变换器。选用滤波电感更小、系统环路带宽更高的三电平同步整流Buck变换器作为前级变换器,选用DCX-LLC谐振变换器作为后级变换器,其相对闭环控制LLC在动态响应及效率方面更具优势。然后提出优化TL-Buck开关管电压应力的软起动策略,解决了软起动阶段飞跨电容电压在完成充电后降到很低的问题。最后,通过仿真和实验验证了所提两级式直流变换器闭环及软起动控制策略能优化前级TL-Buck起动时开关管电压应力。
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。
直流串联故障电弧发生时隐蔽性较高、检测难度大,是低压直流系统发生火灾的重要原因。主要从低压直流串联故障电弧模型、电弧特征及其检测方法、检测标准及装置等3个方面进行综述。基于电弧仿真模型了解电弧演化过程,分析常用故障电弧模型的原理、适用范围和局限性;基于故障电弧的物理、电气信号特征构建及检测方法,阐述不同特征检测方法的优缺点;最后对直流串联故障电弧相关标准进行解读,并讨论试验平台及产品的研究现状和不足,展望未来低压直流故障电弧相关领域的研究方向。
低压断路器中电弧电压直接关系到断路器的灭弧性能,而栅片的近极压降直接影响电弧电压,因此研究其可以为优化断路器性能提供帮助。搭建简化的实验装置,测量直流电流等级为250 A时稳定燃弧过程的电弧电压,并绘制电弧电压与栅片间距的关系曲线,通过拟合曲线求得近极压降;同时从栅片材料、厚度和电流等级等方面探究影响近极压降的因素。实验结果表明,不同材料的近极压降会有差异,而栅片厚度和电流等级的大小不会对其产生影响。
应用Ansys软件对电连接器整体模型在高温振动环境下的动态响应进行仿真,深入分析接触件尾部线缆质量、温度、分离力、应力松弛等指标对微动幅值的影响。基于仿真得出原设计在高温振动中会发生失效的结论,优化设计接触正压力和尾部线缆质量。结合仿真分析结果和计算,得到电连接器在指定高温振动条件下不发生失效的设计指标范围,即分离力应尽量接近上限值2.5 N,每个接触件尾部线缆质量应尽量控制在1.2 g以内。通过试验验证了仿真和优化的正确性,研究结果可为电连接器抗高温振动提供设计与优化思路。
针对智慧小型断路器,绘制机构运动简图,并调整操作机构四连杆尺寸,分析操作机构的运动轨迹。结合静力学分析操作机构在某些状态位置的受力情况,计算智慧小型断路器触头参数(开距、超程、终压力、驱动单元力),为其操作机构的设计与分析提供一种新的方向。
弧根演化过程对直流空气断路器的开关效率有显著影响。基于空气电弧磁流体动力学(MHD)模型,对触头边缘弧根停滞的根本原因进行仿真分析,得出外磁场大小和开断速度对触头边缘弧根停滞的影响。结果表明,弧根从触头转移至跑弧道是通过击穿完成的,触头边缘弧根停滞是弧根转移前跑弧道未达到击穿条件导致的。触头边缘弧根停滞时间随磁感应强度的增大而减少,并减少速度变慢,最后趋于稳定;燃弧初期,一定范围内提高触头开断速度有利于减少弧根停滞时间,但受洛伦兹力和气流场的双重影响,过高的开断速度对减少电弧停滞时间的效果减弱。
随着光伏与储能系统技术的不断进步,电压提升至现在主流的1 500 V,通常使用多极串联形式以满足电压不断提升的需求,导致现有直流隔离开关产品成本高、体积大且在使用类别中具有一定局限性。因此,针对直流隔离开关产品使用工况展开讨论,分析不同时间常数下预期电流波形的差异,提出一种改进型灭弧室结构,并对隔离开关产品在不同使用类别时灭弧容量差异导致的实验结果进行分析,为开关产品在不断提高的电压系统中提高适用性提供新思路。
基于传统变压器的绝缘设计并未考虑油纸绝缘的非线性特性,采用有限元法将电磁场、温度场等多物理场进行耦合仿真计算,重点研究油纸复合绝缘的电导率随温度非线性变化时,换流变压器阀侧绕组端部暂态电场分布的规律和特征,以及油、纸板电导率比值对阀侧电场的影响。结果表明:考虑温度-电导率非线性特性时,换流变压器阀侧端部的电场分布更加集中,畸变现象更明显,且随着电导率比值的增大,阀侧绕组端部的等位线分布越来越密集,高场强值集中在阀侧绕组端部绝缘纸板之间的油隙中。所提研究为变压器绝缘设计提供技术支持。
