摘要：目前柔直工程上大多采用半桥型模块化多电平换流器(half-bridge modular multi-level converter,HB-MMC),过高的电压等级和传输的功率极大地增加了MMC的体积和占地面积。基于此,文中提出一种桥臂复用型MMC拓扑(bridge arm reusing MMC,BAR-MMC),具有在不增加桥臂子模块个数的基础上实现过调制的能力,并设计可使BAR-MMC拓扑平滑启动的启动策略。从损耗角度出发,提出一种二倍频电流幅值的确定方法,并通过多目标寻优确定最优相角,可大幅度降低BAR-MMC子模块电容电压容值。基于PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建仿真程序验证所提BAR-MMC及降容策略的有效性和工程实用性,仿真结果表明:基于BAR-MMC拓扑的谐波注入策略可降低子模块电容电压容值40%,并进行了损耗及经济性分析。

摘要：直流气体绝缘组合电器和封闭输电线路中的运动金属微粒是造成绝缘故障的重要原因,采用驱赶电极可使微粒朝远离绝缘子的方向运动,与微粒陷阱配合使用可显著提高微粒的捕获概率。该文首先建立微粒与驱赶电极的碰撞动力学模型,发现受驱赶电极作用的微粒落点具有强集中性,进而考虑电场畸变特性与微粒落点分布对驱赶电极的结构参数进行了优化设计。进一步以微粒陷阱的捕获概率优化为目标,提出驱赶电极与微粒陷阱的协同布置策略,相较于无驱赶电极时,陷阱布置在驱赶电极下微粒集中落点位置时的捕获概率提升了20%。同时,考虑驱赶电极对陷阱中微粒入射角的影响,提出驱赶电极与微粒陷阱结构参数的协同优化方法,增加了微粒在陷阱内碰撞次数,提高了微粒陷阱的捕获概率。具体结果表明,当驱赶电极倾角为8°、陷阱倾角为50°时,微粒陷阱的捕获概率最高,可达69.8%。通过搭建包含驱赶电极与微粒陷阱的实验平台,验证了协同布置策略与参数优化方法的有效性。所提出的驱赶电极与微粒陷阱的协同设计方法适用于不同尺寸的直流气体绝缘装备,可为实际工程的微粒有效抑制提供指导。

摘要：近年来,通过操控液滴进行液滴界面输运特性的有效调控在能源利用、相变储能、强化传热等领域越来越重要。功能性表面,作为操控液滴运动的被动方法,以其节约能源、易于制备的优点,在自清洁、水管理、微流控、防污染等工程应用中具有重要的研究前景。本文基于格子波尔兹曼方法,设计了在超疏水表面上嵌入楔形疏水结构的化学非均匀表面,通过调节表面润湿性梯度和楔形顶角实现操控撞击液滴的定向反弹,并且基于对液滴反弹倾斜角、定向位移、接触时间以及恢复系数的分析来研究表面润湿性梯度和楔形顶角对这一物理过程的影响,为实际应用中精准操控液滴定向反弹提供一定的理论指导。

摘要：虚拟同步机须面对复杂的振荡类型,具备宽频带抑振性能会使其更适于融入新型电力系统。该文首先分析传统虚拟同步控制时变速风电机组与同步发电机组间的线性轴系刚度耦合关系。其次,利用机组间的非线性功率耦合,引入轴系立方刚度,建立双馈风电并网系统的虚拟同步非线性联轴运动模型。结合最优带宽理论,分析风电并网系统处于线性和非线性联轴耦合时的功率振荡抑制带宽特性,提出双馈风电机组的非线性虚拟联轴控制方法,并完成控制器参数设计。最后,搭建风电高比例电网仿真系统,验证所提控制策略可有效拓展风机抑振带宽,避免谐振风险,提升其抑制功率振荡和频率变化的并网主动支撑性能。

摘要：基频调制电流源换流器(fundamental frequency modulation-based current sourced converter,FFM-CSC)作为一种新型电流源换流器,能够解决传统直流输电工程面临的换相失败及无功消耗问题,兼具电流源和电压源换流器部分优势。直流线路接地作为直流系统中几乎最严重的故障,针对FFM-CSC换流站短路过程研究缺乏定量分析,不利于系统参数设计和故障保护识别,限制了FFM-CSC的推广应用。论文针对双极12脉动FFM-CSC系统,建立短路故障等效电路,推导故障初期过电流的解析计算公式;并针对直流线路短路特点,提出基于单端监测量的保护算法,可作为直流线路主保护。该算法计算要求低,数学原理清晰,可随系统参数和运行工况的改变灵活调整。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建FFM-CSC直流系统详细模型,验证数学表达式准确性,同时证明保护算法的安全可靠性。

摘要：为克服“以热定电”对直流炉供热机组变负荷性能的影响,该文引入并改进双重控制方法,从而实现电热的协调控制。基于运行数据,辨识获得热–电负荷转换的动态模型,建立直流炉供热机组电热协调控制模型;重构热负荷偏差积分信号,实现对热负荷能量的全程检测;设计电热协调的双重控制策略,一方面通过供热抽汽流量主动响应提升发电负荷响应速率,另一方面通过热负荷精准能量平衡实现热负荷的全程自主恢复。仿真结果表明:电热协调双重控制策略可使机组的变负荷速率达到额定负荷的3%/min,自动发电控制(automatic generation control,AGC)调节性能至少提升了一倍,并能维持热负荷等主要参数的稳定。所提控制策略实现了直流炉供热机组的电热协调控制,可显著提升机组的运行灵活性。

摘要：准确预测磁性材料在高频下的损耗对其自身性能的改进及实现变压器、电机等电力装备的优化设计至关重要。然而,已有损耗模拟方法大多为基于经验公式的数学模型,未考虑材料磁化的物理过程。该文基于能量守恒定律,从材料动态磁化的物理机理出发,对原始热力学磁滞模型做出了修正。针对非晶、纳米晶等软磁材料具有细小晶粒结构的本质特征,引入更多的钉扎场个数,提出多钉扎场下钉扎分布密度计算方法;其次,讨论钉扎场强、可逆场强、动态场强三者之间的关系,并将动态场强与可逆场强看成是一个整体,推导该变量的求解过程,在此基础上迭代求解不同材料的可逆场强,从而建立动态热力学磁滞模型。该模型仅利用静态磁滞回线测量数据便可确定动态磁滞模型的参数。针对非晶、纳米晶等新型软磁材料损耗的仿真及实验结果表明,原始模型在模拟新材料的过程中存在缺陷,修正模型不仅物理意义明确,且具有较高的准确性。

摘要：随着我国“双碳”目标的提出,大规模风光储场站的建设已经成为了电力减排的有效途径。然而,风光储之间的耦合性难以刻画,碳交易对风光储出力的影响不明确,如何合理报量报价来实现现货市场收益最大等问题已经成为制约大规模风光储发展的关键问题。为此,该文首先设计考虑碳交易影响的电力现货市场机制;然后,基于风光储之间的耦合效应,提出场站的最优报价策略与协同调控方法,并考虑风光出力不确定性,构建风光储场站参与报量报价的双层模型,以实现其收益的最大化;最后,利用IEEE-14节点系统的算例证明方法的有效性。算例结果表明该文框架与模型能够优化风光储场站报价,丰富储能套利手段,在提升场站收益的同时降低系统碳排放。

摘要：交流系统故障引起的换相电压跌落,是导致基于晶闸管的电网换相换流器发生换相失败的重要原因。为了研究电压跌落对换流阀晶闸管可靠关断的影响,首先分析换相失败的产生机理,然后基于晶闸管器件的电流分段特性和电荷连续性建立晶闸管关断模型,结合电荷连续性方程,推导晶闸管关断过程的载流子复合表达式,通过分析晶闸管电流和载流子复合变化过程,揭示电压跌落影响换流阀晶闸管可靠关断的作用机理。SABER仿真实验结果表明,电压跌落会延长晶闸管的关断过程,不利于换流阀可靠换相。其中,随着电压跌落幅度增大,晶闸管载流子主恢复过程逐渐延长,反向恢复电荷逐渐减少,但正向阻断恢复时间会逐渐缩短,原因是剩余载流子的减少。同时,在系统条件一定的情况下,得到了反压幅值与晶闸管各关断参数的定量关系,为抵御换相失败方案的设计提供了更可靠的理论依据。

摘要：压接型绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的多芯片并联技术已成为大功率器件设计的核心之一,而并联压接型IGBT芯片的开通均流问题因续流二极管反向恢复的存在需被重点关注。为研究压接型IGBT芯片的参数分散性对其并联时开通均流的影响,文中首先根据IGBT单芯片的开通机理和波形揭示芯片参数对IGBT开通各个阶段内集电极电流变化的影响规律;其次,通过统计直方图获得IGBT芯片阈值电压和饱和管压降等参数的正态分布特性,提出多芯片并联开通过程中集电极电流分布的统计分析方法,掌握并联IGBT芯片的参数分散性对其开通过程中电流分布的定量影响规律,推导开通过程中芯片电流的计算公式;最后,在并联双芯片的双脉冲实验中验证所得结论的有效性,提出调节阈值电压与跨导的比例以及控制饱和管压降的极差等筛选策略。本文的研究成果可以为并联压接型IGBT芯片的参数筛选提供理论指导和数据支撑。