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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
为了提高快速斥力机构的分闸速度,采用有限元法,根据灭磁开关对快速斥力机构的动态特性要求,利用Maxwell电磁仿真软件对快速斥力机构建立二维轴对称模型,仿真分析斥力盘厚度、半径、材料、间距、线圈匝数、电容容量和电压对快速斥力机构动态特性的影响。结果表明,优化相关参数可提高快速斥力机构动态特性,能为快速斥力机构样机设计提供指导。
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。
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。
GaN器件因其良好的开关性能被广泛应用于图腾柱无桥PFC电路。在电感电流临界连续模式(CRM)下,图腾柱无桥PFC通过合理的控制可以实现开关管全输入电压范围软开关。针对传统电流过零检测(ZCD)电路的控制方式存在控制时序复杂的问题,提出了一种基于电流状态检测电路的软开关控制策略,降低控制的复杂程度;采用交错并联结构降低EMI滤波器的设计压力;并利用解耦磁集成技术将两相电路的功率电感进行磁集成。最终,搭建了一台3 000 W基于GaN器件的交错并联图腾柱无桥PFC整流器,通过实验验证了所提电路设计方案的有效性。
发展大规模风/光互补制储氢系统,对推进我国能源战略转型、实现节能减排和新能源高质量发展具有重要和深远的意义。当前风/光制氢相关研究以制氢技术为主,尚缺乏从核心装备、运行控制到安全保护多方位多角度的系统性梳理。首先概述了大规模风/光互补制氢技术国内外的发展情况;其次从关键技术发展角度对风/光互补制储氢系统结构、关键设备、运行控制、保护方式及安全监控5个方面进行了分析归纳。最后,展望了大规模风/光互补制储氢关键技术未来发展趋势,总结了未来有待深入研究的技术方向。
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。
针对传统低压直流断路器,电流反向时磁场单向会导致其灭弧能力减弱的问题,建立基于COMSOL无极性低压直流断路器电弧仿真模型。分析在电流反向下无极性低压直流断路器的电弧运动,研究磁场和电流对无极性低压直流断路器灭弧能力的影响。仿真结果表明,无极性低压直流断路器可以消除电流反向对电弧运动的阻碍作用,并在240 mT和16 A下灭弧能力最强。仿真结果和实验结果相吻合,无极性低压直流断路器的灭弧能力在恰当的磁场灭弧能力最强,电流越小灭弧能力最强,变化规律与试验结果一致。
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。
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。
快速接地开关是一种提供快速接地保护的电器设备,常用于中压开关柜等电力设备中,可以防止电器设备因内部电弧故障造成的设备损坏。针对其触头结构设计的发展现状与工程应用需求,开展快速接地开关的触头系统碰撞研究。首先,基于显式动力学分析快速接地开关锥面式触头系统在高速碰撞的瞬态过程,明确影响触头系统动作特性的主要参量;其次,利用Ansys Design Xplorer多目标优化模块对静触头的结构进行参数优化;最后,开展高速碰撞试验,验证触头系统是否满足设计需求。结果表明,在快速合闸过程中,锥面式触头系统具有较好的动态特性,并可以形成稳定的电接触面,满足快速接地开关设备的应用需求。
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。
