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。
虽然基于SiC的图腾柱无桥功率因素校正(PFC)电路性能优,但仍存在固有的过零点电流尖峰的问题。为抑制过零点电流尖峰,在深入分析图腾柱无桥PFC电路过零点电流尖峰基础上,提出在过零点附近过渡区间插入基于数字控制的新电流尖峰抑制电路。新控制策略包含在过零点前插入实现快切换桥臂开关管软启动的控制,和过零点后采用增强PI控制器的控制。为实现平滑软启动,进一步提出基于实时电流闭环PI反馈的软启动策略。新控制策略电路模态少,控制简单有效,实现容易。
磷酸铁锂电池的老化主要包括日历老化和循环老化。总结了近些年磷酸铁锂电池老化重要研究进展,梳理了磷酸铁锂电池循环老化机理和影响因素、日历老化机理和影响因素,探讨了磷酸铁锂电池老化的主要影响因素。日历老化主要受运行或存储时间、温度和荷电状态(SOC)的影响。循环老化主要受运行温度、充放电倍率和放电深度影响。磷酸铁锂电池可以基于经典Arrhenius模型开展温度加速老化试验,但加速老化温度不宜超过60 ℃,加速循环倍率不宜超过3 C。为长寿命、高安全的磷酸铁锂电池储能系统设计提供了理论依据和设计参考。
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。
为了降低气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)内部燃弧故障的发生频率,减轻燃弧故障对人身安全及设备造成的危害,根据ZF32-126 开关设备的各项参数指标,在标准压力和温度计算模型的基础上考虑了内部故障燃弧对气体本身的影响,采用改进的计算模型,计算了故障燃弧下SF6热力学参数。在此基础上将SF6热力学参数应用于压力和温度计算模型,得到了内部故障电流为40 kA情况下,ZF32-126开关设备各气室在不同保护时间下的压力和温度上升特性,以及不同保护时间下外壳的最大烧蚀程度及平均烧蚀速率,验证了改进标准算法具有更高的精确度。
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。
针对准谐振工作模式的反激电路的开关管开通损耗高、开通时du/dt大导致EMI差的问题,提出一种斜率检测谷底导通控制方法。有效提高了谷底电压的检测精度,降低了开关管的开通电压,降低了开通损耗;减小了开通时开关管的du/dt,改善了电路的电磁干扰(EMI)性能。详细分析反激电路及所提控制方法的原理和工作过程,以及所提控制方法对电路EMI特性的影响,并设计了关键参数。最后,仿真和实验给出了样机在功率20~40 W,输入电压DC 430 V,输出恒流DC 1.05 A的效率曲线和EMI特性曲线,并与目前广泛运用的去磁检测法对比,验证了所提出控制方法的有效性。
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。
首先,从直流电路模型的微分方程出发阐述直流断路器电弧熄灭原理,分析负载的时间常数对直流电弧的能量、电弧电压、燃弧时间的影响。其次,通过二维电弧模型仿真分析在不同时间常数(5 ms、10 ms)下的电弧熄灭过程以及电弧电压特性,得到时间常数对于燃弧时间、飞弧以及峰值电弧电压具有决定性影响,并通过物理实验来验证仿真结果。基于负载对直流断路器电弧特性影响的研究,对掌握如何快速熄弧,减少电弧对触头的烧蚀,提高直流断路器分断可靠性提供了一定的参考。
通过热稳定性和导体载流量分析,明确了接触桥材质、导体载流量等因素对交流接触器短时耐受电流能力的影响。对4种接触桥的不同材质和生产工艺进行调整,通过试验对比研究其短时耐受电流能力。试验结果表明,选用高导电材料作为导体、增大导体截面积能有效地改善交流接触器的短时耐受电流能力。
电力系统断路器分合闸控制回路通常使用电磁继电器实现回路自保持。针对国产化替代测试中一例保持继电器触点粘连的问题进行分析,发现由于继电器结构设计原因导致上电后抖动次数较多、时间较长。测试表明在断路器跳合闸线圈工作电流较大的应用场景下,继电器上电抖动可能使触点产生烧蚀并产生粘连故障。在电力系统断路器分合闸回路选用保持继电器时,需考察继电器的触点弹跳时间、弹跳次数,避免应用中产生触点粘连问题。
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。
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。
万能式断路器的钥匙锁附件为电力系统的用电安全及节能等方面提供保障。介绍了现有万能式断路器钥匙锁的结构及工作原理,举例说明了其在供电系统中的一些运用场景。在现有钥匙锁的基础上改进设计,提出了一种新结构的双钥匙锁,能在一些电源数量较多且联锁逻辑关系较为复杂供电系统的停电检修、电力调配及防止人员误操作等方面起到重要作用。
在电网电压不平衡工况下,变流器工作在稳压模式时直流母线电压会出现二倍频波动。针对这个问题,分析了电网电压不平衡条件下变流器稳压运行时直流母线电压二倍频波动产生机理,提出了一种基于比例积分谐振(PIR)控制器的直流稳压控制策略。在原有直流稳压控制策略的基础上,增加2次比例谐振(PR)控制,解决了现有技术无法完全避免的直流母线电压二倍频波动的问题,且无须对电流进行正负序分离及复杂的计算获取电流指令。最后,分别通过仿真和实验,验证了所提控制策略的有效性。
实现“碳达峰、碳中和”是我国未来发展的国策之一,构建新型电力系统是实现“双碳”目标的重要支撑。在深入分析“双碳”战略及低压电器行业发展背景、面临的机遇与挑战基础上,提出行业在新时期的发展对策——构建“高度自治的配用电系统”,梳理了其中的关键技术、关键设备与系统、标准体系架构等,最终对行业下阶段的发展方向进行分析与展望。
针对交流接触器中短路环断裂导致动铁心振动的问题,以减小碰撞能量对短路环影响为切入点,优化短路环的抗断裂性能。运用有限元法对短路环装配应力进行分析,进而剖析短路环的断裂机理,并通过交流接触器机械寿命测试对仿真结果进行验证。通过仿真研究短路环装配、线圈单元匝数、电磁系统反力、电磁系统动铁心结构对短路环抗断裂能力的影响,并对结果进行试验验证。结果表明,提出的优化方案减小了碰撞能量对短路环的冲击,提高了短路环的抗断裂能力,为交流接触器短路环设计优化提供指导。
根据《国网标准化低压开关柜设计方案(2020版)》要求,低压成套无功功率补偿装置需进行投切试验。以低压成套无功功率补偿装置投切试验为研究对象,分别提出了分相补偿和三相共补投切试验的测量方法,并对试验结果进行分析研究。针对低压集成无功功率补偿装置,提出了投切试验的测量方法,且易于实现。
