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。
连接器的密封性能是评估其可靠性的关键指标,而大多数连接器密封性能主要依赖橡胶件过盈配合完成设计。以氟硅橡胶标准件为基础,开展基于失效物理和质量一致性的可靠性预计方法研究。首先,研究电连接器中橡胶件的典型失效机理,建立失效物理模型;然后,利用标准件研究材料、结构、工艺参数与失效物理模型中系数之间的数学关系,建立迁移模型;最后,在典型应力下开展加速退化试验,验证所提方法的有效性。通过验证,所提模型能够准确建立不同规格的橡胶件失效物理模型,平均精度高达90%。
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。
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。
为进一步提高低压直流微电网短路故障检测的灵敏性与可靠性,提出一种基于电压、电流多尺度小波变换的短路故障早期检测方法。基于最小二乘前置滤波,充分考虑电压、电流短路故障奇异性,以第四层小波分解细节分量构建短路故障早期检测判据。实验结果表明,所提检测方法对过渡电阻不敏感。过渡电阻较小时能够在0.5 ms内快速检测出短路故障,过渡电阻较大时能够在0.6 ms内可靠检测出短路故障,同时能够有效避免负载频繁投切等干扰工况的影响,具有更好的灵敏性与可靠性。
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。
2P DC 2 000 V框架隔离开关适用于新一代的新能源系统。针对DC 2 000 V框架隔离开关设计,在主弧触头的强制隔离上,通过增加绝缘件,将电弧集中于弧触头,提升分断能力;在触头时序可靠控制方面,依据不同电流下弧柱电压和残余电压关系,确定合适时序差,同时考虑触头磨损影响,保证电弧可靠熄灭;结合高电压动态绝缘仿真和直流弧压精控计算,精确保证产品的可靠性。经过试验验证,新的2P DC 2 000 V框架隔离开关符合新老标准要求。
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。
开关电容降压拓扑具有效率高、无须电感、体积小等优点,通过与Buck变换器串联,可实现高降压比恒压输出。分析级联拓扑工作原理,在同一工作频率下,通过开关管的复用可以进一步减少开关器件数量,形成混合降压拓扑结构,实现变换器小型化。所提拓扑可以显著提升降压电路占空比,适用于高降压比应用领域。经实验,结果验证了理论分析的正确性。
旨在构建科学合理的电网设备更新决策方法,以实现电网企业的健康可持续经营。基于全寿命周期成本理论,引入威布尔模型计算成本,结合资金时间价值建立优化模型,求解最佳经济寿命与最低全寿命周期成本。从经济性、技术性和安全环保性3个方面构建综合效能评估体系,涵盖全寿命周期成本、可用性等6个指标,通过层次分析法和标准化处理完善指标量化。以A公司通信线路设备为例,更新设备数量较预期减少329 km,设备更新预算降低26.45%。结果表明所提模型有效降低了电网企业的运营成本,提升了设备综合性能,为设备更新决策提供了有力支持。
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。
可再生能源接入比重逐年增加,给直流微电网的运行调控引入越来越多不确定因素。现有鲁棒优化调度结果过于保守,调度方案经济性较差。基于典型历史数据的概率分布特性,拟合源荷功率不同置信度的置信区间,进而提出一种新型多概率区间不确定集,实现对源荷波动的准确描述。基于所提新型不确定集,构建直流微电网鲁棒优化调度模型,采用列和约束生成算法(C&CG)对模型进行简化求解,得到兼顾电网经济性和稳定性的优化调度方案。最后,对比各类不确定集描述方法的调度经济性及刻画准确性,验证了所提优化方法的有效性和可行性。
电力电容器接入线路会产生200倍额定电流以上的合闸涌流,带限流电阻的切换电容接触器常用于抑制合闸涌流。为了优化抑制效果,通过随机抑制涌流实验研究电容器组投入时的合闸涌流波形,定义了一、二次合闸涌流。在同一台切换电容接触器更换3种不同阻值的限流电阻,投切相同容量的电容器组获取抑制涌流波形。研究发现,限流电阻值过小则一次涌流会超出应用要求,限流电阻值过大则二次涌流会超出应用要求,但选取合适的限流电阻值可使对一、二次涌流的抑制达到预期效果。为切换电容接触器的检验、选型以及限流电阻值的确定提供参考。
三相交错LLC谐振变换器在大功率场合能够有效降低单相电流应力,并通过交错并联技术减小输出纹波,缩减输出滤波电容体积,进一步提升功率密度。构建三相交错LLC谐振变换器电路数学模型,对关键参数进行设计,并运用等效电路模型展开理论分析;同时考虑磁性元件的散热优化问题,以保障变换器在高温环境下可靠运行。最后,设计并搭建1台60 kW的三相交错LLC谐振变换器样机。通过实验测试,验证了所提方案的有效性,为LLC谐振变换器在大功率应用中的设计与优化提供了参考。
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。
