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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
探讨储能系统中的电弧检测与保护方法,提出一种基于时域触发加频域保护的电弧检测算法。首先,设计了包括自检、增益及滤波电路在内的电弧检测硬件,通过隧穿磁阻效应(TMR)电流传感器放大储能系统拉弧后的电流峰峰值变化差异。其次,利用延时滑窗法提取时域特征作为电弧检测算法的触发条件,触发后计算其频域特征输入电弧检测模型,判定其为真实拉弧后,储能系统立刻进行关机动作。算法的测试结果表明,该方法能够准确识别出串联回路下的储能系统电弧故障,检测准确率100%,能够满足实际应用中的需求。
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。
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。
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。
为保证光伏发电系统的安全稳定运行,提出一种基于轻量型卷积神经网络(CNN)和特征阈值的光伏串联电弧故障检测算法。为了应对逆变器异常工况和光伏阵列时变性对信号特征的影响,以及不同弧长(0.05~10.00 mm)导致的信号特征差异,利用高频耦合信号为特征信号,并结合神经网络算法和特征阈值方法,检测光伏线路上的串联电弧故障。最后,制作光伏串联电弧故障检测装置样机。经实验测试,样机切断电弧故障的平均时间为177.1 ms,且在逆变器异常工况的干扰下不会发生误判。
操动机构分闸弹簧设计时,为解决分闸弹簧出力特性和负载特性不匹配带来的分闸保持不住、分闸速度过大或过小等问题,提出一种分闸弹簧的优化设计方法。首先计算出分闸过程中的力矩与功,然后根据功能原理计算出各位移点的分闸速度,最后根据分闸速度和能量要求等因素对分闸弹簧进行优化。结果表明,优化后的分闸弹簧可使分闸过程中的出力特性和负载特性合理匹配,保证机构可靠分闸的同时,得到满足要求的分闸速度。通过理论计算和试验验证证明了所提优化方法的可行性,为真空断路器弹簧操动机构的分闸弹簧优化设计提供了有益指导。
在配电系统中,塑壳式断路器(MCCB)可起到对线路的短路电流进行保护的作用。但是利用传统的脱扣方式(螺管式、旋转拍合式)实现短路电流保护时,存在其配用电结构并不能随着负载灵活变换等问题。为此,简述磁可调电磁脱扣器结构的设计要点,基于Ansys软件对电磁脱扣器的静态特性和动态特性进行分析,通过仿真实例和试验等方法对设计进行验证。结果表明磁可调电磁脱扣器动作可靠,提高了塑壳式断路器的过电流保护性能。
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。
