为提升新能源消纳水平,提高电力系统灵活性、稳定性与安全性,国家与地方政府陆续出台了多项政策,鼓励新能源电站配置储能系统。然而储能行业总体仍处于发展初期,新能源配置储能的规模化应用仍面临诸多难题。基于对国内外相关政策的梳理分析,深入探讨了新能源电站配置储能的经济性、配置标准以及配置方式等关键问题,提出了促进我国电化学储能在新能源并网领域应用的建议。
建立考虑触头熔蚀的电弧模型,添加能量方程,并结合移动网格技术实现了多物理场的耦合。发生熔蚀过程中,电弧温度、电流等相关参数变化,并对比是否考虑熔蚀条件下的电弧参数变化。仿真结果表明,熔蚀的存在容易造成电弧重燃,不利于电弧的熄灭。这对于建立考虑多物理因素作用下的电弧模型具有一定意义。
针对一批使用年限约15 a的接触器,进行特性参数的离线测试,并统计分析了接触电阻、接触器吸合噪声、吸合及释放时间、开闭状态线圈电感及电阻参数。依据测试结果,进行参数间的关联性分析,为接触器健康状况综合评估、接触器的故障分析以及寿命预测工作提供了数据基础。
在交、直流配电网的基础上,提出了交直流不同的接口方式;针对张北交直流配电网及柔性变电站示范工程的一期工程与终期工程,在不同的运行方式下,提出不同的切换原则与相应的转换方式。结果表明,对不同系统运行模式下柔性直流变电站各设备的控制模式进行无缝切换,可提高整个系统的可靠性。
通过振动试验对英寸继电器的振动失效模式及薄弱环节进行分析,建立基于Ansys的抗振动有限元模型,进行模态分析验证及关键部分的响应力分析。结合减振设计基本思路与振动激励传递路径分析,对继电器进行了减振设计,并通过仿真分析验证了减振设计对提高继电器抗振性能效果显著。
研究了电涌电压对直流变换器的危害,针对传统电涌抑制电路输出功率小、抗电涌电压低的不足,提出了一种具有均压功能、抗电涌电压高的电涌抑制电路。将单个电涌抑制开关管替换为多个串联的开关管阵列,通过电涌调控电路,不仅实现了电压和电流电涌抑制,而且所有开关管能够实现自动均压,提升了对电涌电压的抑制能力,损耗也平均分摊到每一个开关管中,大大提升电路抗电涌容量。设计了一款实验电路,仿真和实验电路测试结果表明,分析设计满足要求。
热脱扣特性是小型断路器的一项重要指标。大多数小型断路器采用双金属片元件进行断路器的热脱扣,双金属片的形变直接影响断路器热脱扣器的工作。分析双金属片温升以及形变对小型断路器的设计具有重要意义。利用Creo软件以及有限元仿真软件Ansys建立了双金属片模型,进行有限元仿真分析,得到双金属片的瞬态温度分布以及形变分布。同时,对20组断路器进行脱扣实验,实验结果与仿真分析结果相吻合,验证了仿真方法的准确性。
万能式断路器广泛应用于低压配电网,其温升特性关乎设备安全和系统稳定运行。首先论述了基于电磁-热-流多物理场耦合方法的万能式断路器温升计算流程和基本原理;接着建立了万能式断路器的三维仿真计算模型,并确定了仿真计算的边界条件,完成了万能式断路器在自然对流下的稳态温升仿真,获得了断路器各组件的温升特性;最后为了验证计算结果开展了万能式断路器的温升实验,各接线端子温升计算误差在10%以内,结果表明提出的基于电磁-热-流多物理场耦合的温升仿真方法是有效的。
外覆绝缘材料的高压开关柜接头温度测量一直是电力设计所关注的主要问题,针对绝缘件环氧树脂浇注埋覆传感器预定位困难、内部磁场干扰、传感器引线影响爬电距离等问题,提出了以绝缘层外壁和本体空间环境温度为参考因素,间接计算导体接头温度的方案。用Ansys对高压柜电缆接头建模,获得了接头处的温度场分布。研究了接头温度与外覆绝缘材料外壁温度和环境温度的关系,并且利用绝缘材料外壁温度和环境温度通过支持向量机和神经网络算法对导体接头温度进行了计算。结果表明神经网络算法具有较高的精度,可以用于外覆绝缘材料的高压开关柜接头温度的在线监测,对相关工程应用具有一定的参考意义。
针对交流接触器电寿命试验种类繁多、耗时长,获取全寿命试验数据开展寿命预测和可靠性分析周期长等问题,研制了一种交流接触器双回路电寿命试验系统。设计了同时对两种不同规格、不同使用类别的接触器开展电寿命试验的系统主回路和试验控制时序,并设计控制软件自动完成特征参数提取、试品失效判别和设备故障保护。设计了陪试品互锁有源驱动电路,优化硬件布线有效防止电源短路,采用动态阈值判别法提取特征参数,提高设备可靠性和参数检测精度。用该系统进行实测对比分析,可以有效提高特征参数测量精度,缩短产品试验周期。
为了改善重载情况下交流接触器普遍存在的电寿命失效问题,从动稳定性和热稳定性两方面进行了理论分析,确认了产品结构、触头压力、接触电阻等失效因素。短时耐受过载电流能力试验、电寿命试验结果表明,失效因素对接触器的性能确实存在重大影响。
高电压增益DC/DC变换器是实现光伏发电等低压输出新能源系统并网的有效途径。提出一种基于新型升压单元的零纹波高增益DC/DC变换器,其不仅可得到根据升压单元数量进行调整的电压增益,且功率器件的电压应力较低。通过将二次型Boost变换器的两个电感耦合,并设置合理的耦合系数和匝比,可近似实现输入电流零纹波。对变换器的构造过程、工作原理、稳态特性进行分析,并通过搭建实验样机对理论研究进行验证,实验结果验证了理论分析的正确性。
移相全桥DC/DC变换器是直流充电系统的核心装置,针对传统比例积分(PI)控制方案存在动态响应时间长、输出纹波值较大等问题,提出了一种将PI控制与Takagi-Sugeno-Kang(TSK)模糊控制结合的控制方案。在对误差信号进行PI控制的基础上,构建以TSK模糊控制为核心的复合控制策略,在保证系统稳态误差、输出精度的基础上,加快系统的动态响应。搭建变换器仿真系统并制作实物样机,验证了所提算法的有效性;实验结果表明,相较于传统控制方案,所提算法动态响应最大提升66%,纹波系数最大减小40%。
对磷酸铁锂电芯、电池模组和电池簇充放电数据进行研究,提出了磷酸铁锂预制舱储能系统荷电状态(SOC)安全区域,即为充放电过程中电池最大压差变化缓慢区。经分析,SOC安全区域与电芯电压变化缓慢区基本重合,为预制舱式储能系统安全运行提供了依据。
针对梯次利用电池的特性及在储能上应用存在的问题进行分析,提出了基于DC/DC变换器交错并联结构的梯次利用电池储能系统架构,给出了基于电池PACK剩余电荷的控制策略。同时,验证了所提系统架构和控制策略的可行性。其不仅兼顾了每一个电池PACK特性,而且相比组串式储能架构具有成本优势;降低了储能系统对电池PACK一致性的要求,模块化的结构可以根据系统容量、电池PACK容量进行灵活配置,并且提高了轻载情况下的系统效率,为梯次利用电池的商业化应用提供了一种新的储能方案。
提出了考虑储能经济性,兼顾运行最佳策略的电网侧储能双层规划配置模型。上层经济性评估模型分析了电网侧储能系统替代发输配电及无功设备投资和参与调频辅助服务市场补偿等效益,以全寿命周期净效益最大为优化目标,对储能配置规模进行优化。下层运行模型以削峰填谷效果最佳为优化目标,对储能系统运行功率曲线进行优化。对基于自适应变异的粒子群优化算法进行双层迭代求解,对电网侧储能最佳配置结果进行寻优,算例分析结果表明优化粒子群算法有较好的寻优能力,双层策略可以实现削峰最佳,同时综合效益达到最大化。
