欠压脱扣器作为塑壳式断路器(MCCB)的关键附件,在电源电压异常下降时能可靠分断断路器,对线路和设备起到重要保护作用。针对传统自吸式和助吸式欠压脱扣器在高温环境下存在动作可靠性不足的问题,详细阐述了自吸式欠压脱扣器的结构设计要点,并基于Ansys软件对其动态特性进行了深入仿真分析。通过仿真与试验相结合的方法对设计方案进行了有效验证。结果表明,优化后的欠压脱扣器显著提升了在高温等严苛条件下的动作可靠性,从而有效提高了MCCB的欠压保护性能。
直流电力系统应用日益广泛,短路故障所引发的问题愈发凸显。直流短路故障电流上升速度快且缺乏自然过零点,其产生的瞬态大电流对电力设备具有极大危害,对开关的分断速度提出了更高要求。为此,提出一种基于压电执行机构的快速机械开关(PA-FMS)结构,采用混合式开关方案,实现快速直流开断。针对压电执行机构的工作特性,设计恒流驱动电路;通过电路参数优化,减小动触头的过冲和回弹。构建混合式直流断路器实验系统,测试结果表明,混合式直流断路器的故障电流转移时间约为200 μs,全开断时间<800 μs。
新型电力系统电-碳-绿证市场面临交易标的物不一致、交易核算不统一、交易信息不共享等问题,采用区块链技术能很好地解决上述问题。基于区块链技术研究电-碳-绿证市场协同运行技术。首先,对“电-证-碳”市场协同关系进行深度剖析;其次,利用区块链构建统一的积分认证机制,以衔接电-碳-绿证市场之间的交易标的物,结合区块链智能合约、共识机制构建电-碳-绿证溯源模型,确保交易的透明性及各参与方间数据一致性;最后,通过实验对电-碳-绿证溯源性及区块链的共识性能等进行验证,结果证明了市场体系的有效性。
针对某双断点塑壳断路器(MCCB)进行有效值为8 000 A的短路过载试验,对出现的触头烧蚀故障进行了分析。首先对电动力进行理论计算,再利用Maxwell 3D有限元分析软件,结合Holm力计算公式,对双断点MCCB的电动斥力进行计算。两种计算结果趋势一致,通过对比给出触头烧蚀的原因。仿真计算结果与触头压力实测值的误差不超过8%,所用计算方法可为MCCB触头系统的设计和优化提供参考。
针对电磁干扰(EMI)滤波器灌胶后滤波效果变差的问题,首先建立综合考虑电场耦合和磁场耦合的滤波器近场耦合等效模型,并对磁元件灌胶前后近场耦合等效参数进行提取,结果表明灌胶会影响滤波器的自寄生效应和磁元件间的近场耦合效应。其次,对灌胶前后滤波器磁元件的近场耦合等效参数进行敏感性分析,结果表明灌胶前后滤波器插入电压增益变化主要由受近场耦合影响大的磁元件近场耦合等效电容参数变化引起,进一步明确了灌胶对磁元件近场耦合的影响机理。最后,提出部分灌胶方法改进传导EMI噪声,实验验证了部分灌胶的有效性。
基于热传导微分方程、流体运动控制方程及理想气体方程,采用内热源方式将电弧功率加载至流体运动控制方程,建立开关柜电缆室燃弧压力计算的数值模型。在电缆室接线铜排处发生燃弧故障时,对电缆室三维气流场进行数值计算,指出燃弧初期电缆室内的压力升分布规律及压力冲击波的传播特性。最后,基于GB/T 3906—2020对产品进行了40 kA、1 s的内燃弧试验,结果表明压力场数值计算结果和试验结果较为吻合,误差满足工程实际需求,为后续同类产品的设计及优化提供了理论支撑与设计参考。
针对传统机械式接触器在智能化控制系统中的局限性,设计并实现了一种基于STM32微处理器的智能化无触点接触器。采用STM32作为核心控制器,利用其I/O端口资源和强大的嵌入式处理能力,构建人机交互界面,并实现对接触器控制信号的实时采集与处理。同时,通过无源滤波电路有效抑制电磁干扰,确保系统在复杂电磁环境下稳定运行。对核心组件进行电磁兼容(EMC)试验和冲击耐压试验等,测试结果显示在不同工况下均表现出良好的控制精度和稳定性,完全符合设计要求。
智能塑壳断路器(MCCB)中的电流互感器(CT)不仅用于采集电流信号,而且为电子脱扣器提供能量。如果设计不合理,其在小电流下供能不足或者带载阻抗较大,就会导致磁芯饱和并引起二次侧电流畸变,进而引起测量误差。针对上述问题,以额定电流63 A智能塑壳断路器为研究对象,从理论上推导满足测量和取能要求的电流互感器匝数范围,通过Ansys仿真分析确定最优匝数,并在二次侧加入MOS管,采用PWM方式控制负载侧电压。仿真和实验结果表明,所设计的电流互感器能够在0.4In~10.0In电流范围内,带载等效阻抗为1 kΩ的负载输出波形不失真,在全电流范围内既保证测量精度又满足供能要求。
为抑制下垂控制的逆变器并联运行时产生的环流,通过分析传统下垂控制的基本原理及引入虚拟电感下垂控制技术的缺陷,提出在无功功率调整环节加入积分项的控制策略。经仿真验证,所提策略实现了并联逆变器间无功功率的均分,对瞬态和稳态时的环流均有显著的抑制作用。
针对一款40.5 kV气体绝缘环网柜用SF6灭弧室断口绝缘存在的问题,进行优化设计。采用有限元软件对40.5 kV SF6 灭弧室内动静触头结构进行电场仿真,仿真结果表明,场强集中分布于动触头端部圆弧处和静弧触头外端部圆弧处,且动静触头间电场分布极不均衡。开展有无均压结构不同开距条件下和均压结构不同位置条件下灭弧室电场仿真,分析其对灭弧室电场分布的影响,完成灭弧室结构优化,优化后动触头端部采样边界处最大场强最大下降达30.45%。通过绝缘试验验证结构优化的合理性,试验结果表明,增加均压结构且布置在合适的位置,在开距不增加条件下,即可满足40.5 kV电压等级断口绝缘要求。
在“双碳”目标驱动下,可再生能源规模化发展面临间歇性与波动性带来的消纳挑战。为提升系统灵活性,促进可再生能源消纳,基于国家“源网荷储一体化与多能互补”政策导向,研究多能互补系统在电力市场中互补模式的经济性与稳定性优势。通过综合考虑电力市场细则与多能互补特性,构建了中长期市场出清模型,并基于非线性规划理论和粒子群优化算法,模拟求解发电企业报价策略与大用户购电决策。通过市场出清结果分析与政策适应性研究,验证了多能互补系统在经济效益、市场韧性、成本结构等方面的优势,为市场化消纳可再生能源提供了理论支持。
为提高电动汽车双向充电桩变换器的集成度与性能,提出一种具有V2G、G2V、H2L模式的单级式谐振型三端口双向变换器。首先,建立了变换器的等效模型并推导输出功率的数学模型。其次,对变换器工作模式进行分析,对谐振腔电流进行设计,提出一种可兼顾低电流应力与网侧功率因数校正(PFC)的优化调制策略。最后,在PLECS下进行仿真分析。结果表明,变换器在正反向工况下均能实现网侧高功率因数,并保持较低的电流应力,所提出的优化调制策略有利于提高变换器效率及供电线路中电能的利用率。
剩余电流检测是保障低压直流配电系统安全运行的关键技术。针对传统单磁芯磁调制式剩余电流传感器精度低、抗干扰能力差等问题,提出一种基于双磁芯磁调制的剩余电流检测方法,并构建相应的仿真模型。通过卡尔曼滤波算法对双磁芯传感器的调制信号进行滤波解调,并将仿真结果与单磁芯方案进行对比分析。结果表明,所提检测方法具有偶次谐波增强、检测范围扩大和零点漂移抑制等优势,能为大电流场景下微小剩余电流信号检测提供有效的改进方案。
针对市场上用电器监测分析装置测试精度不高的缺点,设计简易型用电器类别与工作状态识别装置。采用基于傅里叶分析的有功功率计算与特征值提取判断方法,同时结合定位识别算法来识别用电器种类和接入数量。首先计算用电器的有功功率和功率因数,然后通过傅里叶分析得到各次谐波功率,最后以有功功率等4个参量作为相似度指标,并利用模板匹配算法完成用电器类别与状态的学习及识别。测试结果表明,所设计装置具有学习功能,并能精准完成用电器状态与类别的识别,其对用电器的种类和数量的测试准确率达100%,具有一定的应用价值。
针对不同电器设备之间信号特征差异导致的传统非侵入式负荷识别方法在面对未知新增设备时准确率下降和泛化能力不足的问题,提出一种基于对抗性判别域自适应(ADDA)的迁移学习方法。首先,结合特征选择方法,提取不同设备的多维度特征参数,利用源设备特征数据训练源域模型;其次,采用对抗性训练策略,通过引入判别器优化目标设备的特征提取器;最后,通过微调优化模型,完成目标设备上的负荷识别任务。实验结果表明,优化后的识别模型平均准确率达到98.90%,相较于传统迁移学习方法提升18.41%。
针对不同型号磁保持继电器电磁系统仿真分析时,需要耗费大量时间进行建模、材料添加和求解设置等重复性工作的问题,为提高分析效率,基于MATLAB App Designer软件开发平台,对电磁场分析软件Maxwell的前后处理模块进行二次开发,设计了电磁系统电磁场仿真分析平台。通过创建友好的人机交互平台,调用Maxwell进行参数化建模与数值仿真求解。利用所设计平台分析电磁系统衔铁组件间隙、衔铁倒角、轭铁与磁钢间距对电磁转矩的影响。仿真结果表明,衔铁与磁钢间存在的气隙会降低永磁保持力,适当增加衔铁倒角有助于增强永磁保持力,当轭铁与磁钢间间距较小时有利于磁保持继电器尽早动作,但是也会降低永磁保持力。
针对航天系统集成度日益提高,以及更大规模集成电路对高功率密度、小型化抗辐射负载点(POL)电源需求,提出高功率密度双路抗辐射POL电源设计方案。分述了电路设计、器件选型、结构和工艺设计;通过仿真分析、模拟实验、样品测试及评估试验,验证了设计的合理性。使用所提方案设计的抗辐射POL电源样品在功率密度方面较传统抗辐射POL电源具有明显优势,在宇航用单机和整机系统板级面积有限的情况下,可提供负载单元用小型化、轻量化的大功率抗辐射POL电源的解决方案。
平衡衔铁式继电器在使用过程中主要失效模式为接触系统触点烧蚀,其原因为继电器在吸合过程中吸合速度分散性较大。过大的吸合速度会使触点形成回跳,过小的吸合速度会导致吸合不良。以某型号产品为研究对象,提出基于数字模型的一致性参数设计与容差设计方法。通过建立整机电磁-机械联合仿真模型,分析了触点间隙、初压力等关键参数对吸合速度的影响规律。优化后吸合速度均值降低至0.322 4 m/s,标准差减少17.9%。经容差设计,标准差进一步降低34.3%。试验表明,所提方法能有效抑制触点弹跳和燃弧现象,提升产品质量一致性。
