大功率电力电子接口（共4篇）
大功率电力电子接口 篇1
0 引言
数模混合仿真作为一种先进的仿真方法,既可对系统进行全数字仿真,也可对物理装置进行仿真试验,极大优化了电力系统的模拟过程。许多已发表的文献利用数模混合仿真对二次设备如继电保护、直流控制系统等进行测试,仿真时接口交互的为信号量,因此这一类仿真被称为信号系统混合仿真SSHS(Signal System Hybrid Simulation)。而对于一次设备的数字物理混合仿真,由于接口交互的为电网功率,这一类仿真属于能量系统混合仿真PSHS(Powe System Hybrid Simulation),此时的接口也被称为功率连接接口。
相对于大量关于SSHS的文献,只有少量文献强调PSHS。在PSHS中,特别是大功率应用场合,由于接口带来的误差会导致严重的不稳定问题并影响仿真精度,为提高混合仿真稳定性和精度就必须深入分析这些问题。文献[1-2]认识到接口的重要性并基于一阶近似提出了一种接口方法,但未对这种方法对系统稳定性的影响进行详细的理论分析。文献[3-6]将PSHS作为一种工具来解决一些电力系统问题,但未重视仿真系统的稳定性问题和接口算法之间的关系。文献[7]对行波解耦方案的短线路处解耦进行了研究,但提出的解决方案误差较大。
对于功率接口的安全性和可靠性而言,闭环稳定性是首先必须解决的问题。实际应用中,功率接口延时和接口中的直流偏移问题是影响仿真稳定性的2个主要因素。本文通过采取延时补偿解决延时带来的稳定性问题,针对接口中的直流偏移问题提出了一种直流控制环。现场实验证明,延时补偿有效地消除了接口误差,直流控制环较好地抑制了数模混合接口中的直流分量,改进的混合接口方案具有较高的接口稳定性以及良好的动态性能。
1 功率连接相关原理
1.1 功率连接接口结构
在对控制器等二次设备进行数字物理混合仿真时,主要通过A/D、D/A实现数字仿真程序与物理仿真装置信号量的交互,在仿真中,仿真器与硬件装置信号交换的电压等级一般较低,在±10 V左右。当对一次设备(如FACTS装置或高压直流输电物理仿真装置)进行数模混合仿真时,仿真的硬件会吸收或汇集大量有功,必须选择合适的功率放大器和能量变换装置。此时接口电路交互的是数字仿真装置和物理设备之间的电网功率,因此PSHS接口也被称为功率连接接口。SSHS属于信号系统,而PSHS属于能量系统。图1为2种混合仿真接口不同的拓扑结构。
1.2 功率连接接口算法
功率连接接口算法有很多种,文献[8]概述了5种主要的接口方法:理想变压器模型法、时变一阶近似法、输电线解耦法、阻尼阻抗法和部分电路复制法。由于实际电力系统中线路元件较多,为便于解耦,本文选择输电线解耦法。输电线解耦法在分布参数线路处将网络分为2个子系统,分别采用数字仿真装置和物理仿真装置模拟。由于该方法在数学上是严格的,因而具有较高的可实现性。采用输电线解耦法[9]实现数字侧与物理侧解耦的等值电路如图2所示。其中,τ为行波传输延时,Is(t)和Ir(t)分别为t时刻数字侧、物理侧电流源,Us(t)和Ur(t)分别为t时刻数字侧、物理侧电压,Zeqs和Zeqr分别为两侧诺顿等效阻抗,Is(t-τ)和Ir(t-τ)分别为(t-τ)时刻数字侧、物理侧的电流值。
2 功率接口稳定性问题
在功率连接接口中,任何不稳定问题的出现不仅会导致结果的偏差,同时也会损坏仿真设备和测试的硬件。采用输电线解耦法会带来固有延时,此外硬件延时、带宽限制、接口放大器谐波的注入等因素的存在,使得功率连接很容易出现失稳,尤其在大功率应用场合。本文主要针对实际应用中的接口延时和直流偏移问题进行研究并提出相应的改进措施。
2.1 延时对接口稳定性的影响
图3所示为一个典型功率连接系统,Zs和Zr为数字仿真系统和实际物理设备对应的阻抗,U1为物理侧反馈给数字侧的电压,U2为数字侧输出到物理侧的电压。数字系统与物理系统之间通过功率连接接口传递电压、电流、功率等信号。数字侧通过D/A输出功率给物理系统提供电源,物理侧的实际电流/电压信号被测量后经A/D采集反馈到数字侧,数据交换过程中A/D、D/A、放大器、电压/电流测量单元都会带来延时,假设接口总的延时tdelay=t1+t2+t3,其中t1为A/D转换延时,t2为D/A转换延时,t3为功率放大器延时。
由于功率连接处的电压或电流瞬息万变,因此由A/D和D/A带来的接口延时必须最小化。图3中由A/D和D/A引起的延时约为2个采样周期,其增加了失稳的风险。Matlab仿真表明图3所示的系统在仿真步长(仿真周期)Ts为50μs时是稳定的。
但若电源的强度或物理侧系统的阻尼发生改变,系统就可能失稳。例如,图3所示的系统在数字侧Zs处加入一条70 km的输电线路后,由于延时增加及系统阻尼的减弱,电压/电流测量环节的误差被不断放大,每一步长的误差ε被传递到下一步长直至硬件极限出现失稳。接口三相电流波形见图4。
2.2 直流偏移对接口稳定性的影响
混合仿真中,由于电磁干扰和电网中整流器等设备的存在,在实现物理仿真装置的功率连接时,解耦线路模型中会出现直流电流偏移,直流偏移来自于A/D、D/A元件或电压互感器。一个小的直流偏移经过放大器会在输出电流上叠加一个非常大的直流偏移量,如果不及时处理就会导致严重的稳定性问题并损坏设备。
对于接口中的直流分量,可以通过在数字侧的D/A模块内部手动调整直流偏移量进行补偿,一旦电路拓扑发生改变或直流功率变化就必须再次对直流偏移量进行校正,这在实际应用中是不可行的。因此必须采用特殊的直流控制环以减少交流接口电压中的直流分量。
3 改进的功率接口方案
3.1 延时补偿
在数模混合仿真中,接口的硬件延时主要包括输出延时和输入延时。输出延时是由D/A转换延时和放大器输出的延时组成,输入延时由电压传感器采样延时和A/D转换延时组成。图2所示的接口等效电路中,在时刻t,数字侧历史电流Is(t-τ)可以由物理侧(t-2τ)时刻的等值电流源Ir(t-2τ)和(t-τ)时刻的节点电压ur(t-τ)计算得到。
假设k Ts
当计算进程在第k+1步时要用到u((k+1)Ts-τ),而第k步通过MPI通信可以得到u((k-1)Ts-tdelay),tdelay为A/D、D/A和功放引起的综合延迟。因此该算法要满足的时序要求为
即τ≥tdelay+2 Ts,可以看到,用于解耦的输电线路的长度必须满足使行波传输时间τ大于接口延时与2倍的仿真步长之和。对于长线路可直接进行延时补偿,而对于短线路,可将其经过处理变成满足时序要求的长线路,再对其进行延时补偿。
3.2 直流控制环设计
针对接口中的直流偏移问题,本文提出了一种适用于数模混合仿真接口的直流控制环。直流控制环包括离散采样和电流调节器2个部分,离散采样环节通过测量某一时间窗内解耦线路模型中输出电流的直流分量,将直流偏移量作为电流调节器的输入信号。电流调节器采用PI控制器,PI控制器的输出为直流偏移校正量。电流调节器的详细框图如图5所示,PI控制环节参数Ki=0.2,Ts=50μs。
仿真中,积分环节输出信号与阶跃信号相乘用于控制调节器的启动,调节器输出与实际接口电压叠加作为直流控制环的输出。
4 仿真验证
为验证本文提出的改进的数模混合接口方案,采用4机2区域系统作为测试系统。系统参数取自文献[10],模型中包含励磁和调速系统。正常运行工况下,2个区域通过2条双回220 km联络线交换功率。区域1和区域2各有2台900 MV发电机、线路、变压器、负载等。为便于验证,将双回220 km输电线路合并为2条单回110 km线路,合并前后系统潮流和动态性能与原系统保持一致。
混合仿真中,数字侧为Hypersim软件;物理侧为物理仿真装置,物理仿真装置采用国家电网仿真中心数模混合仿真实验室现有的物理发电机、变压器、线路模型(π模型)。根据系统模比由原始网络参数计算模拟网络参数进行仿真试验。表1为物理仿真装置所用模拟比。
功率接口相电压为57.735 V,电流放大器增益K=8 A/V,变压器匝数比N=8.12。线路元件作为数字侧和物理侧的解耦元件,线路模型计算输出的电流通过D/A给物理HVDC仿真装置提供电源。采用改进的数模混合接口在联络线处将系统解耦,在解耦线路模型中加设直流控制环以控制接口中的直流分量。
根据输电线解耦方案所确定的功率连接算法和接口电路形式,试验所用的接口电路示意图如图6所示。其中元件包括电流放大器、线性变压器、电压/电流测量单元、D/A、A/D等,接口可接入不同的网络进行仿真试验。
采用混合接口的4机2区域系统的单线图如图7所示。图中,BUS7为送端母线,BUS9为受端母线。此算例主要用来验证数模混合接口的准确性和稳定性,并考察接口在系统发生故障时的动态性能。
仿真步长Ts=50μs,系统处于实时运行状态。直流控制环三相输出电流波形如图8所示,在10 s时刻开始进行直流校正,可看到未进行校正前控制环输出为0,解耦线路模型输出电流存在很大的直流偏移,随着仿真进行,偏移量逐渐被放大。开始进行校正后,直流控制环根据直流偏移量的大小输出相应大小的电流进行补偿,偏移量逐渐减小,经过直流控制环的闭环校正,最终使得线路模型中直流偏移量为0。
混合系统的仿真结果和4机2区域原始系统计算结果进行了比较。稳态潮流对比的结果见表2。
从表2的结果对比看,数模混合仿真结果保持了较高的仿真精度,混合系统的电压、电流参数与原始系统基本吻合,无功潮流的误差主要是由于接口电路中变压器的漏抗引起的。总体而言,有功潮流的误差和电压的误差都控制在1%以下。
为验证功率接口在暂态期间的精度和稳定性,在2条110 km输电线路中间施加三相对地短路故障,故障持续时间100 ms。图9~12为混合系统与原始系统送端和受端故障期间电压和电流波形。
故障期间,由于线路电抗和发电机电抗的存在,电压短时跌落,电流增大,故障切除后恢复正常,可以看到在稳态、故障期间、故障后恢复过程原始系统与混合系统电压和电流波形保持一致。
试验结果表明输电线解耦方案是可行的,改进的混合接口方案具有良好的接口稳定性、仿真精度和动态性能。
5 结语
电力系统数模混合仿真中,接口稳定性对仿真的精度和整个系统的稳定性至关重要。功率连接接口存在固有延时,本文提出的延时补偿方法有效消除了延时带来的误差。直流控制环可以很好地抑制功率接口中的直流分量,有效提高了仿真精度和接口稳定性。功率接口的实现为交直流系统的相互影响、多直流落点以及可再生能源发电等领域的研究提供了一条新的途径。
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大功率电力电子接口 篇2
关键词：大功率,电力电子装置,等效研究
0前言
随着我国国民经济与科学技术的不断发展,使得电力事业在近几年得到了高速的发展,然而一旦大跳闸等故障发生,就会导致调度员的工作难度大大增加,并且延缓了工作进度,令预定的工作目标难以完成,为了使得整个电力系统得到进一步的优化,电力部门对电力系统试验中的大功率电力电子装置等效研究,为电力系统能够正常运转做出了有力的帮助,这一研究模型在进行生产、制造以及其他工业的作业时,提高了生产力的持续稳定性,建设完善大功率电力电子等效装置的电力系统,能够有效地对指挥台的指挥处理故障以及及时发现电力系统问题的能力进行提升,为电力系统的正常运转提供了有力的支持,使得电力系统能够在正常或者故障的条件下依旧能够将预定的工作顺利完成。
1大功率电力电子装置等效研究的重要意义
随着技术的不断革新和科技的不断进步,给电力企业带来了新的挑战和机遇,由于电力系统技术特点具有特殊性和复杂性,在生产工作运行中依旧还会遇到相当多的问题需要解决,基于这种现象,只有不断对大功率电力电子装置进行等效研究,并且适当的强化电力系统的设备和技术高度,才能保证电力企业长期稳定的发展,进而提升我国国民企业的经济效益。
其次,在我国整个经济运行体系当中,电力企业所占的配额是相当大的,然而,由于电力系统运行的方式与其他行业系统运行的方式有许多不同的地方,这就导致了电力系统在运行过程中经常会出现一些系统故障,如果不及时的对这些故障进行处理,那么,就会为电力企业的效益带来相当大的影响,基于这种现象的发生,一些研究学者们展开了激烈的讨论与研究,并最终得到了相关的结论,那就是在电力系统中引入大功率电力电子装置,只有这样,才能在电力系统出现问题的时候,保证整个电力系统的安全性以及可靠性。
2电力系统试验中的大功率电力电子装置等效研究
2.1确定试验的层次与目标
对试验的层次与目标的确定基础是对电力电子装置运行工况的实际分析。因为大功率电力电子装置自身的运行范围具有多层次性,所以确定试验的目标的时候也要根据不同的层次进行划分,具体来说可以分为四个层级 :第一个层级,单元层级,对于单元层级进行考察的时候,主要是审核的各元件是否满足每个单元的具体运行要求 ;第二个层级,元件层级,在对元件层级进行试验考察的时候,主要观察的是各元件在恶劣或者正常的工作环境下的使用期限以及承受能力的大小 ;第三个层级,系统层级,由于系统层级相比较其他层级具有一定的复杂性,所以对于系统层级主要观察的是电力电子装置整体在系统不同工况下的不同工作状态,以及其是否满足整个电力系统正常运行的需求 ;第四层级,装置层级,如果想要对装置层级进行试验,就要了解装置层次上的各单元的应用效果,观察各单元能否满足装置运行的基本需求。
因为大功率电力电子装置本身的技术还存在着一些缺陷,运行经验并不成熟,因此对试验目标的选取与确定显得更为重要,不仅不能拘泥于局部而忽略试验的核心内容,还要保证追求细节与全面且减少试验的难度,不仅如此,在新时代的背景下电力电子装置的试验一定要满足自身所处发展阶段的特点,尽量考虑到环境因素以及社会因素等一些外界因素的影响,做到真实、可靠试验审查与操作,这样才能够得到更为准确的试验数据与结果。
2.2大功率电力电子组件试验的特点
大部分的大功率电力电子装置都具有两个比较突出的特点,一个是工程应用技术以及装置研制的不够深度、缺乏实际的电力系统运行经验。另一个是大功率电力电子组件的复杂性比较高,与传统的电力装置相比较,大功率电力电子装置的控制系统具有独立性,并且其核心更加精密,还带有更多附属的电力电子相关的元件设备,不仅如此,大功率的电力电子装置还要具备一定的承受能力,能够承受电力系统中多变型电压得影响。由于我国的大功率电力电子设备的研究与应用依旧处于起始阶段,导致了在大功率电力电子的运行经验相比别的国家来说,还仍旧存在着一定的差距。大功率电力电子装置的特点间接或者直接的影响到了大功率电力电子组件试验研究的高难度和特殊性。
2.3大功率电力电子试验中的系统方法论
大功率电力电子装置本身的系统构建较为完整,但是要在另一个电力系统中运行的同时,试验方法和试验装置又构成了另外一个相对来说比较独立于前两个系统之外的系统,在进行大功率电力电子装置试验的时候,被试验品与试验系统共同组建了一个新的独立系统,这就加大了研究的难度,所以,我们只有应用系统方法论来进行试验,并且用系统分析法展开讨论研究,才能准确的掌握整个大功率电力电子试验这一综合系统的方法特征,进而达到所要求的试验目的。
2.4进行必要的可靠性试验
产品在规定时间内和规定条件下将规定内容完成的能力叫做产品的可靠性,为了验证、分析与定量评价产品可靠性的试验被称为可靠性试验。通过可靠性试验的展开,我们可以界定大功率电力电子装置在电力系统之中不同工况下的可靠性指标,能够将大功率电力电子的平均寿命和失效率以及可靠度定量的分析出来,深层次的对大功率电力电子装置进行了解,所以对大功率电力电子装置进行必要的可靠性试验也是整个电力系统试验中的大功率电力电子装置等效研究中不可或缺的一部分,因为只有进行可靠性试验才能确保大功率电力电子的技术进步以及设计经验的积累,虽然目前的电力电子装置的仍旧还处在发展的初期,但其实验的根本出发点正是为了保证电力电子装置的运行可靠性,因此在试验进行的过程当中,大功率电力电子装置必须在可能的情况下和工程经验指导下结合成熟的技术理论,提出适合大功率电力电子特点的可靠性试验方法。
2.5大功率电力电子装置等效试验的试验评估
对于大功率电力电子装置等效试验的评估着重研究的是社会与试验之间的关系,而不仅仅是限制于技术内部诸因素的范围。在这种意义上来说,对大功率电力电子装置等效试验的评估属于科学政策的范畴。大功率电力电子装置等效试验的评估应该是整个电力系统的,要研究试验未能实现的或未能满足电力系统运行部分的影响,在问题中寻找相关的答案,不要一味的注重试验带来的利益,而是主要注意那些高级的、不可逆的和潜在的消极影响,因为这些影响在一定程度上干扰到了试验的结果,令试验产生了误差。
3大功率电力电子装置的发展前景
在广大科研工作者的不断探索下,现今的大功率电力电子装置的形式试验方法以及出厂试验方法都取得了跨越式的进步,尽管一些具体问题仍旧存在,但是对于大功率电力电子装置的发展已经大势已成,无论是基于企业的需要,还是国家的需要,这一装置以及技术的发展都呈现出一片较好的光景,或许在几年或者几十年后,这种技术会得到更为完善的改进与应用。
相对来说,电力局必须要对大功率电力电子装置有着先进的技术和管理理念,才能有所发展。首先需要重视的就是保证工作效率,在电力系统出现故障时,能够及时的在最短的时间内进行修复,并且不影响到电力系统的正常运行,这就是对于大功率电力电子装置的发展提供良好的前提。不断发展的科学技术将会逐渐的应用在大功率电力电子装置的电力系统之中,使得其更加的完善和更加优质化,这就使得大功率电力电子装置的电力系统有了更好的发展前景。另外,大功率电力电子装置的电力系统,对于故障的影响以及损害都是相当的有一定的避免性,这样的大功率电力电子装置的电力系统在电力局运行后一定会收到一个良好的结果,这也为大功率电力电子装置的电力系统的发展铺垫了良好的开端。
4结论
大功率电力电子接口 篇3
纯水冷却是大功率电力电子换流阀内部晶闸管、吸收电阻、电抗器等元件的主要冷却方式, 对保障直流输电变电站的安全可靠工作具有重要意义。纯水冷却系统工作机理是利用循环的去离子水将大功率电力电子换流阀工作时产生的热量及时带走[1~3], 使换流阀能在符合运行工况要求的条件下工作, 确保大电流产生的高热量不致烧坏电力电子换流阀内部的元器件。为保证换流阀安全稳定可靠工作, 循环冷却水要经过并联的离子交换罐以置换出不锈钢管道析出的离子[4], 确保管路内的循环冷却水电导率保持稳定。
离子交换回路一般有两个离子交换罐, 离子交换罐内部为离子交换树脂, 为了避免树脂进入到系统中, 离子交换罐进出口处均装有机械过滤器[5,6]。但是目前配置的离子交换罐机械过滤器结构设计存在明显不足, 树脂在使用过程中存在泄漏的风险。树脂泄漏的情况曾不只一次在电站使用现场出现。
本文针对标准配置的离子交换罐设计的不足, 以某个电站纯水冷却系统为例, 分析了树脂泄漏问题产生的原因, 提出了改进建议。
1 缺陷现状
某直流输电变电站有两套大功率电力电子换流阀设备, 配置两套纯水冷却系统, 每套系统各自独立, 分别为两套电力电子换流阀设备提供持续的冷却循环水[7]。
这两套大功率电力电子换流阀设备自2011年11月投运以来, 运行稳定, 未发生过事故。但在2012年7月该电站停电检修, 清洗冷却循环水系统管路过滤器 (图1中 (2) ) 时, 意外发现有少量的树脂附着在机械过滤器滤芯外侧。而按照冷却循环水系统工作原理, 这种情况几乎不会发生。因为在纯水冷却系统中, 离子交换回路设计为旁路装置, 独立于冷却系统管路;离子交换罐出口设有机械过滤器, 且整个旁路过滤系统设有二级精密过滤器 (图1中 (1) ) , 除非罐体出口的机械过滤器滤芯破损或滤芯密封失效, 且二级精密过滤器滤芯同时失效, 树脂才会随同交换后的离子冷却水进入冷却循环水系统管路中。
为了证实离子交换罐出口的二级精密过滤器失去作用, 将二级精密过滤器打开, 在过滤器内同样发现了大量的树脂。这足以说明离子交换罐出水口机械过滤器已无法阻止树脂流出, 树脂进入到二级精密过滤器, 而二级精密过滤器也出现了同样的问题, 造成树脂随同去离子冷却水进到冷却水循环系统管路中。
2 问题原因分析
在发现冷却循环水管路过滤器内部存在大量树脂后, 立即检查了离子交换罐出口过滤器滤网的完整性。将离子交换罐内的冷却水及树脂排空后, 拆卸过滤器并进行检查, 未发现滤网有破损开裂现象, 滤网完整, 密封层未受到破坏, 4个长螺杆的螺母紧固。从检查结果来看, 树脂不可能透过滤网层进入二级过滤器。滤网结构如图2所示。
为弄清树脂大量进入二级精密过滤器内的原因, 重新反复检查并拆散了滤网。检查滤网内部时没有发现树脂, 这说明树脂不是通过滤网进到管道内的。但是, 过滤器用于固定滤芯的4根螺杆和钢隔板孔的夹缝中有少量树脂, 如图3所示。
于是对此处的机械结构进行了分析。离子交换罐中的树脂过滤器滤芯是通过螺杆固定在圆环形钢隔板上的, 然后过滤器整体通过树脂端罐底部盖夹紧的方式固定在离子交换罐底部。在离子交换罐内, 钢隔板和滤网将树脂和管路隔开, 交换后的离子冷却水只能通过滤网流出罐体进入管路, 而树脂却被滤网挡在罐体内部。在滤网没有破损的情况下, 滤网外部可以附着树脂, 而滤网内部是不会有树脂的, 事实上滤网内部没有发现树脂, 故滤网没有破损。
螺杆穿过的钢隔板孔可以连通离子交换罐与管路, 但钢隔板孔是被垫片、弹垫、螺母压紧的, 因此树脂一般无法从此处流出。由此怀疑, 钢隔板孔在使用过程中产生了足够让树脂通过的较大间隙, 这种间隙造成水从此处渗漏的同时将树脂一同带入到管路里。但是, 检查此处时发现螺杆螺母固定牢固, 钢隔板孔也没有缝隙, 于是尝试着向滤芯的上部施加压力, 如图4所示。
对滤芯施加压力后, 滤芯明显被压缩, 螺杆从钢隔板下部伸出, 钢隔板孔间隙逐步扩大到足以通过大颗粒的树脂。至此, 明确了离子交换罐树脂泄漏的原因:主管路水泵出口压力为0.9MPa, 冷却水流至离子交换罐顶部时压力仍有0.85MPa左右;强大的压力作用于罐体内部树脂上, 树脂又将压力传递至离子交换罐底部滤芯表面, 因去离子水穿透滤芯造成滤芯进出两侧压差有0.6MPa左右, 因此滤芯受到不均衡的压力后被压缩;加之固定螺杆的螺母是单侧固定的, 螺杆向下侧移动后垫片离开钢隔板表面形成很大的间隙, 交换后的离子冷却水从此处流出时带走树脂。
但是, 设置的二级精密过滤器也没有起到阻隔树脂的作用。为此, 再次对二级精密过滤器进行了检查分析, 发现二级精密过滤器滤芯采用的是纤维棉高精密滤芯, 其具有柔软的特点, 在装入过滤器罐体后极易变形, 且没有结构性固定支架, 两端有间隙, 致使树脂同冷却水一道从间隙中流入冷却水循环系统管路中。
3 处理问题
鉴于该电站离子交换罐树脂泄漏问题的原因, 采取了以下改进措施。
(1) 离子交换罐底部滤芯采用新型滤帽形式的滤网。新型过滤器结构如图5所示。
这个过滤器滤帽与原设计的滤网相比具有以下优点。
(1) 承载强度更强。新型过滤器采用的是垂直安装的滤帽结构, 滤帽安装在滤帽固定钢隔板上, 滤网分布于滤帽的立面四周, 因滤帽的内部钢结构骨架粗厚, 强度大幅增强, 消除了原设计引起的滤网变形现象。
(2) 有效地阻挡树脂。新型过滤器的滤帽和钢隔板之间采用螺纹连接, 接口密封性能增强, 再出现渗漏的可能性为零, 去离子水只能通过滤网流出, 树脂被有效阻挡在离子交换罐体内部。
(3) 水阻无任何影响。新型过滤器采用滤帽的形式, 设计时特别增加了安装凸台, 可让破碎的粉末状树脂堆积于滤帽的安装钢隔板表面上, 树脂粉末在滤网以下, 如图6所示。这样, 滤帽上的网孔接触的是大颗粒树脂, 通水量阻力小, 流量畅通, 粉末状的树脂不易经过滤网进入到管道中, 且在检修时可以清除。
(2) 将二级精密过滤器纤维棉的滤芯换成不锈钢机械滤芯, 滤芯和过滤器之间的连接采用螺纹安装, 避免了因滤芯变形而使树脂从间隙中流失。
经离子交换罐技术改进后的纯水冷却系统, 在长达两年的运行观察中, 设备运行稳定, 未再次发生树脂渗漏的情况, 且通过离子交换罐的冷却水流量稳定。实践证明, 离子交换罐过滤器的结构设计改进方案值得在直流输电变电站用纯水冷却系统中推广。
4 结束语
直流输电变电站常用大功率电力电子器件装备了纯水冷却系统, 其中去离子回路离子交换罐常出现树脂泄漏问题。经研究证实, 该问题是由离子交换罐过滤器结构设计不合理导致的, 通过采用改进后的过滤器, 可得到完美解决。
摘要：大功率电力电子器件的纯水冷却系统中, 要利用离子交换罐置换出循环冷却水中不锈钢管道析出的离子, 通常以离子交换树脂作为管道内重要的水处理媒介, 但在高压直流输电电站运行中, 常出现树脂泄漏的情况。以某直流输电变电站电力电子换流阀纯水冷却系统的树脂罐树脂泄漏问题为例, 从树脂流经的管道和精密过滤器承受的压力等方面分析了问题产生的原因, 提出了交换罐设计的改进建议。通过两年的运行观察, 证明了改进方案的可行性。
关键词：直流输电,冷却系统,离子交换罐,树脂泄漏,精密过滤器,纯水冷却
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对大功率电力电子技术的应用研究 篇4
一、大功率电子电力技术的发展概括
电力电子技术主要由三方面组成, 分别为:器件、电力装置、电力系统。在三者中, 器件作为电子产业的基础, 依靠电力装置来牵动, 为电力产业带来了发展动力。在电气传动技术的基础之上, 电力电子技术有了很大的发展, 它不断向新能源、交通等领域拓展, 并且成为了国防装备的核心技术。在传统的工业领域中, 从最初的直流调速技术发展到了现在的交流调速技术, 而且电子器件也发展到了IGCT、I G B T。除此之外, 电工新型材料不断涌现, 包括超导、绝缘、纳米等新型材料, 大大促进了传统技术的革新。
虽然如此, 我国的电子水平与国际水平之间还有很大的差距。目前, 国际电子产业主要依靠西门子、ABB等几个大企业垄断着, 其电子产业规模十分庞大, 而且这些企业还在不断研究新型的变频调速器。为此, 我们要不断的加强电力电子技术研发, 使大功率电力电子技术得到更加广泛的应用。
二、探讨大功率电力电子技术的应用
1、新能源发电方面的应用。
随着人们生活水平的不断提高, 对电力能源的需求量不断增加, 使得能源危机问题越来越严重。而且, 还造成了大气污染, 破坏了人们赖以生存的地球环境, 不利于生态平衡的维持。为此, 缓解能源紧张, 加强新能源的研发刻不容缓。目前, 在新能源发电过程中, 风力发电、生物发电及光伏发电等受到了高度重视。由于新能源具有不稳定性, 随机性较强, 不利于能源的开发。而将大功率电力电子技术运用到新能源发电领域中, 便可以有效的解决这些问题, 进一步促进我国新能源的开发。
2、智能电网领域的应用。
随着电力行业的不断发展, 电网开始走向智能化、现代化, 为了进一步确保电网系统的安全性, 我们一定要加强智能电网的研究, 从而提高我国电网系统的经济效益和社会效益。目前, 我国智能电网的发展有待提高, 处于发展阶段, 与发达国家差距很大。为此, 我们要将大功率电力电子技术运用到智能电网中, 促进智能电表的广泛应用, 方便供电企业通过智能电表了解用户情况, 并为用户提供人性化服务。
3、电气牵引方面的应用。
电力牵引主要指运用电能为轨道提供运输动力, 依靠电力系统来当作电源, 同时也广泛的应用到生活中。以往运用燃机驱动, 现在将大功率电力电子技术运用到电力驱动系统中, 为轨道运输提供了很大的方便。虽然如此, 由于供电系统是相对独立的, 成本花费较高, 而且在机车运行过程中, 产生的信号波对电力系统有一定的不良影响。为此, 我们在运用过程中, 要注意做好抗干扰措施, 避免系统受到破坏。
4、在电气节能方面的应用。
随着能源的日益紧张, 节能已经成为社会发展的主要趋势。将大功率电力电子技术运用到节能中, 运用同步发电机励磁系统、变频调速装置来达到电气节能效果。变频技术的发展越来越迅速, 变频器的应用越来越广泛, 将变频器运用到电气节能中, 不仅能够降低企业成本, 还能够有效的发挥节能效果。
5、定制电力技术。
定制电力技术是大功率电力电子技术与控制技术的有效结合, 主要是为了确保电能的供电质量, 有效的满足用户的电力需求。在人们的生活工作中, 不仅对电能的需求量不断增加, 而且对供电质量也提出了更高的要求。为了进一步保证供电质量, 预防供电问题的发生, 我们就要将大功率电力电子技术运用到电力系统中, 也就是指定制电力技术, 通过静止无功发生器装置的使用, 来调整电压的稳定性, 确保供电质量。
三、总结
综上所述, 相对于发达国家来说, 我国电力电子技术水平还有待提高。为此, 我们要加强电力电子技术应用的研究, 改变电力电子技术规模小、产业分散的现状。我们要用更多的时间去完善电子产业, 促进大功率电力电子技术在新能源发电、智能电网、电气牵引等多个方面的应用, 努力创造出功能性更强大的电力装置。
参考文献
[1]吴晨滨.电力电子技术在电力系统应用的发展趋势浅析[J].科技创业月刊, 2009 (10)
[2]赵金亮.我国电力电子技术的现状及应用[J].北方经贸, 2010 (07)